Enzymierung |

Fruchtsaft Ein Kompendium !

Begerow® Product Line

Kapitelübersicht

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Vorwort |

Vorwort |

Vorwort

Lieber Anwender,

auch bei noch so perfekter technischer Ausstattung der Produkti-onsanlagen stehen wir von Saison zu Saison vor neuen Herausfor-derungen bei der Herstellung von Fruchtsaft und Fruchtweinen. Es handelt sich nun einmal um Naturprodukte, die wir zu Säften oder Weinen verarbeiten. Auf diese Probleme könnten wir eigentlich gerne verzichten - jedoch machen sie unsere Arbeit interessant und müssen gelöst werden. Und zwar von Fall zu Fall mit unterschied-lichen Ansätzen. Dazu finden Sie zahlreiche bewährte Lösungsan-sätze in diesem Kompendium. Es ist gefüllt mit Informationen, die aus mehr als dreißig Jahren Be-rufserfahrung in der Anwendungstechnik und weltweiter Vertriebs-arbeit herrühren. Ein großer Teil unseres gesammelten Wissens bei Eaton stammt aus intensiver Zusammenarbeit mit den Herstellern unserer Biotechnologieprodukte (Enzyme, Hefen und Bakterien), Behandlungsmittel (Bentonit, Gelatine, Kieselsol und Aktivkohle) und Filtrationshilfen (Kieselgur, Perlite und Cellulosen). Viele neue Produktentwicklungen sind aus der gemeinsamen Arbeit mit die-sen Kooperationspartnern hervorgegangen.

Mit dem ersten Kapitel stellen wir Ihnen heute unsere Empfehlun-gen zum Thema „Enzymierung“ als interaktive pdf zur Verfügung.Alle weiteren im Inhaltsverzeichnis aufgeführten Kapitel werden Schritt für Schritt ergänzt.

Wir wünschen Ihnen viel Freude und Erfolg bei Ihrer Arbeit und stehen Ihnen bei tiefergehenden Fragen natürlich auch gerne per-sönlich mit Rat und Tat zu Seite.

Viele Grüße

Ihr Rainer Junker Vertriebsleiter Fruchtsaft/Spirituosen

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Vorwort |

Vorwort |

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Kapitelübersicht |

Kapitelübersicht

1 Enzymierung Seite 5

2 Klärung Seite 33

3 Stabilisierung folgt

4 Filtration folgt

5 Früchteverarbeitung folgt

6 Trübungen folgt

7 Fruchtwein folgt

8 Linkliste Seite 59

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Enzymierung |

1 Enzymierung

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Enzymierung |

Inhaltsangabe

1.1 Was sind Enzyme?

1.2 Enzymatische Auf- und Abbaureaktionen in den Früchten

1.3 Enzymatische Reaktionen durch fruchteigene Enzyme1.3.1 Enzymatisch gesteuerte Reifung von Früchten nach der Ernte1.3.2 Enzymatische Vorgänge nach der Reifung durch fruchteigene Enzyme1.3.3 Enzymatische Vorgänge nach der Maischeherstellung

1.4 Enzymatische Veränderungen in Früchten nach Befall durch Mikroorganismen

1.5 Einsatz von industriellen Enzympräparaten bei der Fruchtsaftherstellung 1.5.1 Pektinabbau durch Pektinasen1.5.2 Stärkeabbau durch Amylasen

1.6 Technische Enzympräparate bei der Fruchtsaftherstellung1.6.1 Maischeenzymierung1.6.2 Saftenzymierung

1.6.3 Anwendung von Spezialenzymen bei der Fruchtsaftbereitung

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1.1 Was sind Enzyme?

Enzyme sind Eiweißstoffe (Proteine)

Enzyme sind keine lebenden Organismen, sondern Eiweißstoffe. Wie alle anderen Eiweißstoffe, bestehen Enzyme aus langen Ketten von Aminosäuren, die durch Peptidbindungen miteinander verbunden sind. Sie sind vorhanden in allen lebenden Zellen, wo sie für lebenswichtige Prozesse durch Aufbau von Zellmaterial und Ge-winnung von Energie verantwortlich sind. Weiterhin bauen sie Makromoleküle bis hin zu ihren monomeren Bausteinen ab, z. B. Pektin zu Galacturonsäure und Stärke zu Glucose.

Enzyme sind biologische Katalysatoren

Enzyme beschleunigen chemische Reaktionen oder ermöglichen sie erst überhaupt. Dabei werden Enzyme nicht verbraucht, sondern liegen nach der Reaktion unverän-dert vor. Auf diese Weise arbeiten Enzyme unbegrenzt lange, wenn sie nicht durch Hitze, chemische Reaktionen oder Adsorbentien inaktiviert werden. Im Getränkebe-reich werden Enzyme durch Pasteurisation, Adsorption an Bentonit und Reaktion mit Gerbstoffen ganz oder teilweise inaktiviert.

Enzyme arbeiten spezifisch

Im Gegensatz zu anorganischen Katalysatoren (Reaktionsbeschleunigern) arbeiten Enzyme sehr spezifisch. Mit anderen Worten: jedes Enzym kann nur ein bestimmtes Substrat umsetzen. Dadurch ermöglichen Enzyme industrielle Prozesse mit hohen Ausbeuten und einem Minimum an unerwünschten Nebenprodukten.

Enzyme sind ein Teil der NaturEnzyme kommen in allen biologischen Systemen vor. Sie werden durch biologische Prozesse gewonnen und nach ihrer Nutzung biologisch zu ihren Grundbausteinen,den Aminosäuren, wieder abgebaut.Enzyme bauen nur nachwachsende Materialien ab, ohne dabei toxische Abbau- und Nebenprodukte zu bilden.

Enzyme arbeiten unter milden Bedingungen

Enzyme sind konzipiert, um in lebenden Zellen unter atmosphärischem Druck, bei niedrigen Temperaturen (15 – 70 °C) und in der Nähe des neutralen pH-Bereiches zu arbeiten. Sie ermöglichen deshalb energiesparende chemische Reaktionen und erspa-ren Investitionen für besonders druck- und korrosionsbeständige Geräte

Funktionsmechanismus von Enzymen

Die hohe Spezifität von Enzymen beruht darauf, dass das Substrat - das ist der Stoff, der enzymatisch umgesetzt werden soll - genau in das aktive Zentrum des Enzyms wie „Schloss und Schlüssel“ hineinpassen muss. Erst danach kann das Enzym das Substrat katalytisch umsetzen. Es wird zunächst ein Enzym-Substrat-Komplex gebil-det, der aber schnell wieder in freies Enzym und das Spaltprodukt zerfällt. Das Enzym verbindet sich erneut mit Substrat und setzt dieses nach dem gleichen Mechanismus um.

Enzym Enzym Substrat Komplex

Substrat Polymer

Enzym

Substrat (depolymerisiert)

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Enzymierung |

Enzyme arbeiten temperaturabhängig

Zur Berechnung der ungefähren temperaturabhängigen Aktivität eines Enzyms können folgende Faustformeln angewendet werden:

Die Steigerung der Temperatur um 10 °C verdoppelt die Enzymaktivität bzw. halbiert die Enzymierungszeit oder die Dosage.

Dies gilt für den Temperaturbereich, der durch die Enzymherstellerangaben (Min-dest- und Maximaltemperatur) eingegrenzt ist. Diese sind in der Regel in den Produktinformationen aufgeführt. Es muss jedoch beachtet werden, dass Enzyme in ihrem Temperaturoptimum zwar maximal schnell arbeiten, aber nur begrenzt lange. Pektinasen mit einem Tempera-turoptimum von ca. 50 – 55 °C werden bei dieser Temperatur in etwa 2 – 3 Stunden inaktiv. Innerhalb dieser Zeit muss die Enzymierung abgeschlossen sein oder Enzym nachdosiert werden.Darüber hinaus besteht noch ein Zusammenhang zwischen eingesetzter Enzym-menge und der erforderlichen Enzymierungszeit:

Die Verdoppelung der Dosage halbiert die Enzymierungszeit bzw. die Halbierung der Dosage verdoppelt die Enzymierungszeit.

Mit diesen Formeln kann die ungefähre Enzymdosage für verschiedene Temperaturen abgeschätzt werden.

Die Empfehlung des Enzymherstellers beträgt beispielsweise:

Dosage: 2 ml Enzym/100 l Saft

Enzymierungszeit: 8 Stunden bei 20 °C

Berechnung der Enzymdosage in Abhängigkeit von Temperatur und Enzymie-rungszeit

Enzyme arbeiten pH-abhängig

Jedes Enzym arbeitet nach seiner eigenen pH-Charakteristik. Es fängt bei einem bestimmten pH-Wert an zu wirken, erreicht bei einem bestimmten pH-Wert seine maximale Aktivität und wird bei Überschreitung dieses pH-Optimums zunehmend in-aktiver, bis es seine Aktivität vollständig verliert (vergleiche dazu pH-Charakteristik von Panzym Pro Color unter 1.6.1.2).

1.2 Enzymatische Auf- und Abbaureaktionen in den Früchten

Im Zusammenspiel unterschiedlicher Enzyme – der sogenannten Enzymkette – füh-ren enzymatische Stoffumsetzungen zum Auf-, Um- und Abbau von Naturstoffen. An dieser Reaktionskette ist eine Vielzahl verschiedener Enzymen beteiligt, wobei jedes einzelne Enzym ganz spezifische Stoffumsetzungen durchführt.

Der gesamte Lebenszyklus einer Frucht ist gesteuert von kompliziert ineinandergrei-fenden, enzymatischen Reaktionen.

So beginnt das Wachstum einer Frucht mit der sogenannten Photosynthese. Hier-bei bildet die grüne Pflanze durch Assimilation von Kohlendioxid auf enzymatischem Wege energiereiche Kohlenhydrate, die zum Aufbau lebender, organischer Substanz dienen. Durch weitere enzymatisch gesteuerte Reaktionen, werden neben den aus Kohlenhydraten aufgebauten Zellbestandteilen eine Reihe von anderen Fruchtinhalts-stoffen synthetisiert, wie z. B. Proteine, Fette, Öle, Farb- und Gerbstoffe, um nur einige zu nennen.

Temperatur Dosage Enzymierungszeit

(°C) (ml/100 l) (Stunden)

20 2 8

30 2 4

40 2 2

50 2 1

oder 50 1 2

oder 50 0,5 4

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Enzymierung |

Das Resultat aus den enzymatisch gesteuerten Aufbaureaktionen ist die reife Frucht. Danach beginnen enzymatische Abbaureaktionen des Zellgewebes, die zunächst mit einer zunehmenden Strukturerweichung des Fruchtfleisches beginnt. Zum Schluss laufen die enzymatischen Reaktionen chaotisch ab und führen letztendlich zur voll-ständigen Auflösung der Frucht. Zurück bleiben lediglich die Kerne.

1.3 Enzymatische Reaktionen durch fruchteigene Enzyme

1.3.1 Enzymatisch gesteuerte Reifung von Früchten nach der Ernte

Stärkeverzuckerung durch fruchteigene Amylasen

Wie bereits erwähnt, besitzen Früchte ein natürliches Enzymsystem, das auch noch nach der Ernte in den Früchten weiterwirkt. Die über einen längeren Zeitraum nach der Fruchternte geordnet ablaufenden Enzymreaktionen führen z. B. beim Apfel zu der gewünschten Umwandlungen von Stärke zu Zucker. Dadurch wird der Apfel sü-ßer und die Oechsle- bzw. Brix-Grade steigen. Wie im Apfel vollzieht sich in vielen anderen Früchten auch nach der Ernte noch eine enzymatisch gesteuerte Reifung. Ein allseits bekanntes Beispiel dafür sind die Bananen, die grün geerntet werden und nach langem Transportweg voll ausgereift, mit gelber Schale, beim Verbraucher ankommen.

1.3.2 Enzymatische Vorgänge nach der Reifung durch fruchteigene Enzyme

Texturveränderung durch fruchteigene Pektinasen

Das in den Zellzwischenräumen, der sogenannten Mittellamelle, lokalisierte Pektin wird auch als Zellkittsubstanz umschrieben. Dieses auch als Protopektin bezeichnete Makromolekül ist wasserunlöslich und ist in dieser Form maßgeblich für die Festig-keit des Fruchtgewebes verantwortlich. Durch die Wirkung der fruchteigenen Pekti-nasen wird das unlösliche Protopektin in wasserlösliches Pektin umgewandelt. Mit fortschreitendem, enzymatischem Abbau von Protopektin zu wasserlöslichem Pektin wird die Frucht weicher und weicher.

1.3.3 Enzymatische Vorgänge nach der Maischeherstellung

Viskositätserhöhung durch fruchteigene Pektinasen

Bei der Maischeherstellung werden die Fruchtzellen durch mechanische Kräfte zer-stört. Jetzt geht das harmonische Zusammenspiel der Enzyme verloren und es be-ginnen chaotisch ablaufende Enzymreaktionen. Die fruchteigenen Pektinasen greifen das Protopektin in den Zellzwischenräumen an und bilden daraus wasserlösliches Pektin. In der Folge steigt die Viskosität des in der Maische eingeschlossenen Saftes an. Dadurch wird die Pressarbeit erschwert und die Saftausbeute vermindert.

Würde man eine Fruchtmaische über lange Zeit stehen lassen, so wären die frucht-eigenen Enzyme in der Lage, das wasserlösliche Pektin vollständig zu seinen mono-meren Bestandteilen abzubauen. Bei der Fruchtsaftherstellung reicht die fruchteigene enzymatische Aktivität jedoch nicht aus, den Pektinabbau vor Einsetzen der Gärung auszuführen.

Enzymatische Bräunung durch fruchteigene Polyphenoloxidasen

Man kann beobachten, dass sich nach Zerteilen eines Apfels die Schnittfläche inner-halb kurzer Zeit braun verfärbt. Hintergrund dieser Bräunungsreaktion ist die Wirkung der fruchteigenen Polyphenoloxidasen. Diese übertragen Luftsauerstoff auf die phe-nolischen Inhaltsstoffe der Früchte. Die fortschreitende Oxidation der phenolischen Inhaltstoffe führt zu einer Zunahme der Molekulargewichte und geht einher mit einer Zunahme des adstringierenden Geschmacks und der Farbe. Ab einem Molekular-gewicht von etwa 500 sind phenolische Substanzen in der Lage mit Eiweißstoffen unlösliche Verbindungen zu bilden. Sie werden mit dieser Eigenschaft auch als Gerb-stoffe bezeichnet.

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Das Grundprinzip dieser Reaktion ist die enzymatisch katalysierte Übertragung von Luftsauerstoff auf die polyphenolischen Verbindungen der Früchte. Dabei entstehen reaktionsfreudige Zwischenverbindungen, die in einer Folgereaktion Polyphenole zu 0-Chinonen oxidieren.

Polyphenoloxidase (PPO) oxidiert Polyphenole zu o-Chinonen

Einfluss der Polyphenoloxidation bei der Herstellung von klaren Apfel-säften

Bei der Herstellung von klaren Apfelsäften ist dies ein positiv zu wertender Prozess. Säfte mit einem hohen Gehalt an oxidierten, hochmolekularen Polyphenolen können mit Gelatine effektiver geklärt werden als reduktiv hergestellte Säfte. Außerdem sind – besonders bei Äpfeln – enzymatische Oxidationsvorgänge wichtig für die Ausbil-dung des Apfelaromas und eines nachhaltig guten Geschmacks. Apfelsäfte, die unter Ausschluss von Luftsauerstoff hergestellt wurden, haben ein grasiges Aroma und schmecken ausdruckslos und leer.

Einfluss der Polyphenoloxidation bei der Herstellung von trüben Apfel- säften

Bei der Herstellung von naturtrüben Apfelsäften führt eine zu weit gehende Polyphe-noloxidation zu einer unerwünschten Braunfärbung, verbunden mit der Beeinträchti-gung der Trubstabilität. Deshalb werden zur Herstellung von hellfarbigen Trübsäften kurze Maische- und Saftstandzeiten und die schnelle Pasteurisation zur Inaktivierung der Polyphenoloxidasen empfohlen. Die zusätzliche Anwendung von reduktiv wirken-dem Vitamin C schützt den Saft vor Oxidation durch Bindung des Luftsauerstoffs. Auch für die nachträgliche Aufhellung brauner Säfte ist Vitamin C geeignet, wenn die Oxidation noch nicht zu weit fortgeschritten ist.

Einfluss der Polyphenoloxidation bei der Herstellung von Buntsäften

Bei der Verarbeitung von rot gefärbten Früchten führt eine zu weit gehende enzy-matische Oxidation der roten Farbpigmente (Anthocyane) zu unansehnlichen Braun-tönen. Die schnelle Verarbeitung ist hier die einzig praktikable Methode, die Oxidation in Grenzen zu halten. Der Einsatz von Vitamin C hat sich bei Buntsäften nicht bewährt.

Einfluss der Polyphenoloxidation auf die Stabilität von klaren Säften

Polyphenole können mit sich selbst als auch mit anderen Inhaltsstoffen reagieren. Durch enzymatische und chemische Reaktionen können im Laufe der Verarbeitung und Lagerung folgende Reaktionen unter Ausbildung von Trübungen und weiteren negativen Begleiterscheinungen stattfinden:

- Gerbstofftrübung, Hochfarbigkeit, Bräunung, Adstringens

Bildung hochmolekularer, unlöslicher Polyphenolverbindungen durch enzymatische- Gerbstoff-Eiweiß-Trübung Durch Reaktion der Gerbstoffe mit fruchteigenen Eiweißstoffen oder Gelatineresten- Gerbstoff-Polysaccharid-Trübung Durch Reaktion der Gerbstoffe mit Stärke oder Restpektinen- Gerbstoff-Schwermetall-Trübung Bildung von unlöslichen Verbindungen durch Reaktion der Gerbstoffe mit Eisen oder Kupfer

OH

OH

R

O

O

R

PPOH2O

H2O

O

O

R

HOHO

HOHO

R+

+

OO

+

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Enzymierung |

1.4 Enzymatische Veränderungen in Früchten nach Befall durch Mikroorganismen

Industrieobst kommt nicht immer im kerngesunden Zustand in die Verarbeitung. Oft besitzen diese Früchte Druckstellen an denen sich Mikroorganismen, insbesondere Schimmelpilze, ansiedeln können. Diese Schimmelpilze produzieren eigene Enzyme, die an oder in den Früchten enzymatische Umsetzungen vornehmen. Besonders an-fällig gegenüber Mikroorganismen sind weiche Früchte und darunter besonders die Himbeeren.

Technologisch wichtige Veränderungen in Früchten durch Mikroorganis-menbefall

Anreicherung der Früchte mit den Enzymen:

- Pektinase (besonders negativ bei der Trübsaftherstellung) - Polyphenoloxidase (besonders negativ bei der Trübsaft- und Buntsaftherstellung) - Anreicherung der Früchte mit 1,3-ß-Glucan in Trauben und weichen Beerenfrüchten, welches als Hydrokolloid die Klärung und Filtration von Fruchtsäften erschwert.

Maßnahmen zur Vermeidung nachteiliger Veränderungen in den Früchten durch Mikroorganismen:

- Kurze Lagerzeiten nach der Ernte - Kurze Transportwege - Sorgfältiges Waschen der Früchte vor der Vermahlung - Aussortieren fauler Früchte - Ablehnung der Annahme von ungesunden Früchten

Besonders das Waschen und Aussortieren ist eine sehr wirkungsvolle Maßnahme bei harten Früchten, also bei Kernobst. Bei weichen Früchten, darunter sind besonders die Himbeeren, Erdbeeren und Brombeeren zu nennen, ist das Waschen und Aussor-tieren technologisch nicht durchführbar. Hier helfen nur ein sorgfältiger Einkauf und die evtl. Ablehnung von ungesunden Lieferungen.Die als Scheinfrucht bezeichnete Himbeere stellt bezüglich Mikroorganismenbefall ein besonderes Problem dar.Oft sind visuell gesund erscheinende, weiche Beerenfrüchte wie Himbeeren, Erd-beeren oder Brombeeren bereits durch Schimmelpilze befallen, die das stark filtra-tionserschwerende 1,3-ß-Glucan produzieren und in der Frucht ausscheiden. Dieses hochmolekulare Kolloid gelangt in den Saft und erschwert nicht nur die Filtration, son-dern bildet im Alkoholtest gelartige Ausscheidungen, die auf einen unvollständigen Pektinabbau hindeuten. Dieses Problem betrifft vor allem die Halbwareproduzenten, die Ihre Buntsäfte oder -konzentrate der Spirituosenindustrie anbieten.

1.5 Einsatz von industriellen Enzympräparaten bei der Fruchsaft- herstellung

Welche Enzyme dürfen laut Fruchtsaftverordnung verwendet werden?

Die Fruchtsaftverordnung erlaubt ausdrücklich den Einsatz folgender Enzymgruppen: 1. Pektinasen 2. Amylasen 3. Proteasen

Warum werden technische Enzympräparate eingesetzt?

Wie bereits erwähnt, reicht die enzymatische Aktivität der fruchteigenen Enzyme nicht aus, um die störenden Kolloide Pektin, Stärke und weitere makromolekularen Inhaltstoffe in der zur Verfügung stehenden Zeit in ihre niedermolekularen Bestand-teile zu zerlegen. Um den Kolloidabbau vor Einsetzen der Gärung abschließen zu kön-nen, werden besonders bei der Verarbeitung von pektin- und stärkereichen Früchten technische Enzympräparate eingesetzt.

Was sind Haupt-, Einzel- und Nebenaktivitäten?

Beispiel: Pektinase

Die

ist zusammengesetzt aus den

und besitzt daneben noch die

Hauptaktivität: = Pektinase

Einzelaktivitäten: = Pektinesterase,

Polygalacturonase, Pektinlyase

Nebenaktivitäten: = Hemicellulase und Cellulase

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Enzymierung |

Wichtig zu wissen ist, dass außer den durch die Fruchtsaftverordnung zugelassenen drei Enzymgruppen keine Zumischung von anderen Enzymaktivitäten erlaubt ist.Es werden lediglich Enzymaktivitäten toleriert, die bei der Herstellung von dem verwen-deten Mikroorganismus nebenbei, also als Nebenaktivität gebildet werden.Diese Re-gelung schränkt die Entwicklung von Spezialenzymen zur Lösung von speziellen Prob-lemen der früchteverarbeitenden Industrie stark ein. Eine Reihe von Wissenschaftlern schlagen inzwischen vor, die Enzyme nach Anwendungsgebiet z. B. „Maischeenzym“ oder „Filtrationsenzym“ zuzulassen, ohne die einzelnen Enzymaktivitäten zu spezifi-zieren.

Technisch wichtige Nebenaktivitäten

Technisch konventionell, mit nicht genveränderten Mikroorganismen, hergestellte Pektinasen enthalten immer Nebenaktivitäten. Zu den technologisch nützlichen Ne-benaktivitäten zählen vor allem die Hemicellulasen. Hemicellulasen sind wichtig für den Abbau von Pektinstoffen, die mit dem Pektin in den Zellzwischenräumen (Mit-tellamelle) der pflanzlichen Zellen verbunden sind. Diese Pektinstoffe werden unter dem Begriff Hemicellulose zusammengefasst. Als weiterhin nützliche Nebenaktivi-täten sind Cellulasen, Glucanasen und Arabanasen zu nennen. Wie wichtig gerade die Hemicellulase-Nebenaktivitäten von Pektinasen sind, zeigt der komplexe Aufbau der pflanzlichen Zellwand. Denn nahezu alle mit Pektin verknüpften, polymeren Ver-bindungen können bei der Fruchtsaftherstellung in den Saft gelangen und zu Klär-, Filtrations- und Trübungsproblemen führen.

Aufbau der primären, pflanzlichen Zellwand (Quelle: The Plant Journal, 1993, Volume 3, Issue 1)

Diese faszinierende Darstellung zeigt, wie komplex das Netzwerk von polymeren Substanzen, die Verbindung zwischen den einzelnen Fruchtzellen herstellt. Die röh-renförmigen Zellulosefasern werden durch ein Netzwerk von Xyloglucan und ein quer gerichtetes Netzwerk von Rhamnogalacturonan (eigentliches Pektin, „smooth regi-on“) zusammengehalten. Dazwischen befinden sich Seitenketten von Arabinogalac-tan („hairy region“).

ZelluloseFibrillen

XyloglucanNetz

Pektin- Polymer-

Matrix(Smooth Region)

Pektin- Polymer-

Matrix(Hairy Region)

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Enzymierung |

Durch mechanische Kräfte, Maischeenzymierung und wässrige Extraktion gelangt ein Großteil dieser pflanzlichen Kolloide in den Saft. Ebenso komplex wie der Aufbau der pflanzlichen Zellwand gestaltet sich der enzymatische Abbau dieser Bausteine später im Fruchtsaft.

Enzymatischer Abbau von Zellwandkolloiden

Zusammenwirken von Pektinasen und Hemicellulasen

Der vollständige Abbau von in den Saft gelangten Zellwandkolloiden kann nur erfol-gen, wenn komplex ineinandergreifende enzymatische Einzelreaktionen ablaufen.

Die nachfolgende Grafik stellt diese enzymatischen Einzelreaktionen nach dem heu-tigen Kenntnisstand dar.

In den heute verfügbaren Enzympräparaten sind einige der aufgeführten Pektinasen und Hemicellulasen nur mit geringen Aktivitäten vertreten. Demzufolge ist es zurzeit noch nicht möglich, die in den Saft gelangten Zellwandkolloide vollständig abzubauen. Sicherlich werden bei der Entwicklung von maßgeschneiderten Spezialenzymen in naher Zukunft Fortschritte zu erwarten sein. Ob dies mit den traditionellen Herstel-lungsmethoden möglich sein wird ist fraglich. Schnellere Erfolge sind mit Sicherheit durch Einsatz von gentechnisch manipulierten Mikroorganismen zu erwarten. Diese modernen Enzyme werden bereits in der Fruchtsaftindustrie eingesetzt. Sie zeichnen sich durch eine sehr hohe und spezifische Aktivität aus. Störende Nebenaktivitäten fehlen bei diesen Enzympräparaten vollständig. In Bezug auf Ausbeutesteigerung bei der Maischeenzymierung sind sie den konventionellen Enzymen weit überlegen. Auch Enzyme für den Pektin- und Stärkeabbau im Saft, hergestellt mit genmanipu-lierten Mikroorganismen, besitzen eine wesentlich höhere spezifische Leistung als Konventionelle.Nachfolgend werden die Reaktionsmechanismen der „klassischen“ Pektinasen an einem unverzweigten Ausschnitt des Pektin Moleküls dargestellt.

1.5.1 Pektinabbau durch Pektinasen

Die chemische Bezeichnung für das Pektin ist Polygalacturonsäure. Dieser Name ist abgeleitet von den monomeren Bausteinen des Pektins, der Galacturonsäure. Die Galacturonsäure ist teilweise mit Methanol verestert; man spricht deshalb auch von Polymethylgalacturonsäure. In Abhängigkeit von der Fruchtreife, aber auch von der Fruchtsorte, kann das Pektin bis 90 % mit Methanol verestert sein.

ara

Arabinose

galA

Galacturonsäure

gal

Galactose

rha

Rhamnose

OAc

Acetylgruppe

OMe

Methylgruppe

galAgalA

galAgalA

galAgalA

galAgalA

galAgalA

galArha

galArha

galA

rha

galAgalA

Pectinlyase

Polygalacturonase

Pectinesterase

OMe

OMe

OAc

araara

araara-ara

ara-araara

araara

galgal

galgal

galgal

gal

Arabinanase

Galactanase

Rhamnogalacturonase

Rhamnogalacturonanacetyl esterase

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Enzymierung |

Abbau von Pektin durch Pektinesterase (PE) und Polygalacturonase (PG) durch Hydrolyse (Wassereinlagerung)

Polygalacturonsäure + H2O Galacturonsäure + Methanol

Bei diesem enzymatischen Abbau von mit Methanol verestertem Pektin, ist es er-forderlich, dass zunächst durch Pektinesterase die Veresterung aufgespalten wird; dabei wird Methanol freigesetzt. Erst danach kann das depolymerisierende Enzym Polygalacturonase das langkettige Makromolekül in kurze Bruchstücke aufspalten. Diese Depolymerisierung führt zu einer schnellen Reduzierung der Saftviskosität und zum Zusammenbruch des trubstabilisierenden Pektin-Netzwerks an dem die Trubstof-fe im Saft aufgehängt sind. Als kleinstes Abbauprodukt entsteht der monomere Bau-stein des Pektins, die Galacturonsäure. Die enzymatisch freigesetzten Mengen an Methanol sind gesundheitlich völlig unbedenklich und unterschreiten die Mengen an Methanol, die beim Verzehr der ganzen Frucht im Magen entstehen.

Pektinabbau durch Pektinlyase = Pektintranseliminase (PTE)

Die Pektintranseliminase ist nicht wie die Polygalacturonase auf die vorherige Ent-esterung des Pektins durch Pektinesterase angewiesen.PTE spaltet und depolymerisiert auch verestertes Pektin. Diese Spaltung findet nicht durch Hydrolyse (Wassereinlagerung), sondern durch Ausbildung einer Doppelbindung statt (= Transeliminierung).Da PTE ein relativ hohes pH-Optimum besitzt, ist diese Aktivität in konventionellen Enzymen im pH-Bereich der Fruchtsäfte (pH 3 – 4) sehr gering. Inzwischen ist es ei-nigen Enzymherstellern gelungen mit Hilfe genmanipulierter Mikroorganismen, aber auch mittels konventioneller Verfahren, PTE mit hoher Aktivität herzustellen. Mit Hilfe dieser Enzyme kann die Bildung von Monogalcturonsäure kontrolliert werden. Der Gehalt an Monogalcturonsäure wird als Indikator für eine stark forcierte Maischeen-zymierung genutzt. Es existieren von Fruchtsaftabfüllern definierte Grenzwerte, die zwischen 800 und 1000 mg/l liegen. In der Fruchtsaftverordnung oder im A.I.J.N Code of Practice ist der Gehalt an Monogalacturonsäure nicht limitiert.

Kontrolle des Pektinabbau mittels Alkoholtest

Versetzt man Pektin haltige Säfte mit der gleichen Menge 96%igem Alkohol, so ent-zieht dieser Alkohol dem gelösten Pektin das Wasser. Dadurch verliert Pektin seine Löslichkeit und fällt als Trübung, Flockung oder in Form eines Gels aus. Durch die Gelbildung werden bei dem Test entstehende Luftblasen eingeschlossen. Dadurch schwimmt das Gel im Reagenzglas nach oben und reichert sich gut sichtbar als Pfrop-fen an.

COOCH COOCH3 COOCH

00 0

00 0

0

COOCH

0

PTE PTE PTE

HO HO

COOCH3

PTE

0

COOCH3 COOCH3 COOCH3 COOCH3

00 0

00 0

0

COOCH3

0

Mono Galacturonsäure

H2O

PG

H2OPE

H2OPE

H2OPE

H2OPE

H2O

PG

H2O

PG

HO HO

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Enzymierung |

Im Laufe des fortschreitenden Pektinabbaus treten folgende Erscheinungsformen des Alkoholtests auf.

Pektintest in Apfelsaft

Glas 1: Gelpfropfen schwimmt nach oben auf hoher Pektingehalt

Glas 2: Durchgängiges Gel mit Luftblaseneinschluss mittlerer Pektingehalt

Glas 3: Geringer Luftblaseneinschluss und Flockung geringer Pektingehalt

Glas 4: Grisselige Ablagerungen am Glas Pektin nahezu abgebaut

Glas 5: Evtl. leichte Trübung, keine Flockung Pektin vollständig abgebaut

Durchführung des Alkoholtests

Bei Säften für den normalen Gebrauch

5 ml Saft mit 5 ml 96%igem Alkohol durch 1 – 2-maliges Umstülpen mischen Beurteilung im Trübsaft nach wenigen Minuten Beurteilung im Blanksaft zum Nachweis von Restpektin nach 15 Minuten

Bei Säften für die Spirituosenindustrie

5 ml Saft mit 7,5 ml 96%igem Alkohol durch 1 – 2-maliges Umstülpen mischen Beurteilung im Trübsaft nach wenigen Minuten Beurteilung im Blanksaft zum Nachweis von Restpektin nach 15 Minuten

Bemerkungen:

Von einigen Enzymherstellern wird die Verwendung von angesäuertem Alkohol emp-fohlen. Diese Ansäuerung führt grundsätzlich zu einer Entschärfung des Tests, so dass Pektinreste leicht übersehen werden können.

Eine übertriebene Schärfe des Alkoholtest wird erreicht, wenn ein Teil Saft mit zwei Teilen Alkohol gemischt wird. Diese hohe Alkoholkonzentration führt in vielen Fällen bereits zur Ausfällung von Saftinhaltsstoffen, die mit Pektin nichts mehr zu tun haben. Auch die Verwendung von Isopropanol oder Aceton sollte in diesem Zusammenhang in Frage gestellt werden.

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Enzymierung |

1.5.2 Stärkeabbau durch Amylasen

Zustandsformen der Stärke

Stärkekörner

In unreifem Kernobst (Äpfel, Birnen, Quitten) liegt die Stärke zum größten Teil in Form von Stärkekörnern vor. Diese sind in den Fruchtzellen eingelagert und werden durch mechanische Belastung der Maische in den Saft überführt.

Stärkekörner haben ein relativ hohes spezifisches Gewicht von ca. 1,5 g/cm3 und kön-nen deshalb durch Sedimentation oder mittels Zentrifuge abgetrennt werden. Auch bei der Schönung wird Stärke gemeinsam mit dem Schönungstrub abgetrennt. So-lange der Saft nicht über 50 °C erhitzt wird, stellen Stärkekörner bei der Fruchtsaftbe-reitung kein Problem dar. Erst nach dem Erhitzen auf über 50 °C fängt das Stärkekorn an, durch Wasseraufnahme zu quellen und löst sich ab 80 °C kolloidal im Saft auf.

Kolloidal gelöste Stärke

Durch die fruchteigenen Amylasen werden Stärkekörner im Laufe der Reife in die kolloidal gelöste Form überführt. Kolloidal gelöste Stärke zeigt das Phänomen der Retrogradation. Bei diesem Vorgang lagern sich Stärkemoleküle wieder zu größeren Aggregaten mit kristallinem Charakter zusammen. Dabei entstehen in klaren Säften sichtbare Trübungen die reversibel sind, d.h. in der Kälte entstehen und beim Erwär-men verschwinden. In naturtrüben Apfelsäften besitzt frische, kolloidal gelöste Stärke ein ausgezeichnetes Trubstabilisierungsvermögen. Durch die Alterung und Retrogra-dation der Stärke im naturtrüben Saft, kommt es im Laufe der Lagerung zu unansehn-lichen Grauverfärbungen bis hin zum völligen Zusammenbrechen der Trubstabilität.

Probleme durch Stärke bei der Herstellung von Fruchtsäften

Die kolloidal gelöste Form der Stärke bereitet bei der Fruchtsaftbereitung folgende Probleme:

1. Stärke stabilisiert Trubstoffe und behindert deshalb die Klärung

2. Stärke ist ein Makromolekül und behindert deshalb die Filtration

3. Stärke bildet reversible Trübungen in klaren Säften

4. Stärke gefährdet durch Alterung die Trubstabilität von naturtrüben Säften

Deshalb muss Stärke frühzeitig enzymatisch abgebaut werden. Frühzeitig deshalb, weil der enzymatische Abbau der Stärke am einfachsten bei frisch gelöster Stärke gelingt. Gealterte Stärke kann nur mit sehr hohen Amylase Dosagen und dann oft nur noch unvollständig abgebaut werden. Bei retrogradierter Stärke ist ein enzymatischer Abbau nicht mehr möglich. Der Abbau von retrogradierter Stärke gelingt nur, wenn diese durch Erhitzung auf über 80 °C wieder kolloidal in Lösung gegangen ist. Das gelingt jedoch nur ein einziges Mal.

Maßnahmen zur Verhinderungen von Stärkeproblemen in der Praxis:

1. Stärkekörner durch Einsatz von Separatoren mechanisch abtrennen

2. Erhitzung von nicht separierten Säften auf mindestens 85 °C, damit sich die Stärke körner vollständig kolloidal auflösen und enzymatisch abgebaut werden können

3. Kolloidal gelöste Stärke frühzeitig enzymatisch abbauen, also am leichtesten im Frischsaft vor der Klärung und Steril-Einlagerung.

4. Der Abbau der Stärke kann auch während der Lagerung erfolgen. Dazu hat sich die Steril-Dosage der Amylase in den Lagertank bewährt.

5. Den enzymatischen Stärkeabbau immer mittels Jodtest kontrollieren

Chemischer Aufbau von kolloidal gelöster Stärke

Stärke kommt von der chemischen Betrachtungsweise in zwei Formen vor:1. Spiralförmige, unverzweigte Amylose2. Verzweigtes Amylopektin Beide Formen sind aus dem monomeren Baustein Glucose aufgebaut.

Kapitelübersicht

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Enzymierung |

Enzymatischer Abbau von kolloidal gelöster Stärke

Die nachfolgende Grafik zeigt den Aufbau von Amylopektin und die verschiedenen Amylase Typen, die am Stärkeabbau beteiligt sein können:

Bei der Fruchtsaftbereitung kommen nur zwei stärkeabbauende Enzyme zum Einsatz:

1. Alpha-Amylasen für den Stärkeabbau bis maximal 30 °C 2. Amyloglucosidasen für den Stärkeabbau bis 65 °C

Arbeitsweise der Alpha-Amylase

Alpha-Amylase spaltet im Endo-Mechanismus und greift deshalb das Stärkemolekül willkürlich in der Mitte an. Dadurch wird das langkettige Molekül sehr schnell in kurze und mittlere Bruchstücke zerlegt.

Es entsteht:

- wenig Maltose (bestehend aus zwei Glucose Molekülen), - viele Oligomere (bestehend aus etwa 6 Glucose Molekülen) und - wenige Dextrine (bestehend aus mehr als 6 Glucose Molekülen).

Arbeitsweise der Amyloglucosidase

Amyloglucosidase spaltet im Exo-Mechanismus und greift dadurch das Stärkemolekül vom Kettenende her an. Es entsteht das Monomer Glucose.

Problem „Fädchen Trübung“ durch Einsatz von Amyloglucosidasen

Enzyme sind Proteine und tragen eine positive Ladung. Über diese positive Ladung können die bei der Fruchtsaftbereitung eingesetzten Enzyme durch Adsorption an Bentonit wieder aus dem Getränk entfernt werden. Amyloglucosidasen sind soge-nannte Glycoproteine, das heißt, das Enzymeiweiß ist mit einem Zuckerrest verknüpft und verliert dadurch seine positive Ladung. Dadurch können Amyloglucosidasen nicht durch Bentonitschönung entfernt werden. Das Enzymeiweiß fällt beim Erhitzen auf über 80 °C als irreversible, Fädchen förmige Trübung aus. Besonders bei der Heißab-füllung mittels Vakuumfüllern reichern sich die Fädchen als Schaumkranz im Füllerkes-sel an und werden bei Füllunterbrechungen oder bei Füllende als massive Trübungen in die Flaschen gespült. Bei der Verarbeitung von Tafelobst, besonders als Lagerhaus-ware, wurden in der Vergangenheit Fädchen Trübungen beobachtet, auch ohne dass Amylasen zum Einsatz gekommen sind. Die ausgefallenen Glycoproteine mussten in diesen Fällen aus den Früchten selbst stammen, denn Zellwände der Früchte sind teilweise aus Glycoproteinen aufgebaut. In einem solchen Fall hilft nur ein zusätzlicher Erhitzungsschritt wie er in nachfolgendem Absatz unter Punkt 2. beschrieben ist.

Alpha-AmylaseEndo Mechanismus

AmyloglucosidaseExo Mechanismus

PullulanaseAbspaltung von Seitenketten

Beta-AmylaseExo Mechanismus

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Enzymierung |

Maßnahmen zur Vermeidung von Fädchen Trübungen:

1. Verwendung von nicht Fädchen bildenden Alpha-Amylasen oder Amyloglucosida-sen bei der Kalt- und Heißenzymierung z. B. Panzym F2. Diese müssen aber immer mit einer anschließenden Bentonitbehandlung kombiniert werden. Dosagen von mindestens 100 g Bentonit/hl werden empfohlen.

2. Beachtung der Dosagehöchstmengen des Herstellers bei der Verwendung von Fäd-chen bildenden Amyloglucosidasen z. B. maximal 3 ml Panzym HT 300/hl oder Ausführung einer zusätzlichen Erhitzung des vorgeklärten Saftes, nach z.B. Kiesel-gurfiltration, auf ca. 90 °C. Danach Rückkühlung und Filtration der ausgefallenen Fädchen vor der Heißabfüllung.

Kontrolle des Stärkeabbaus mittels Jodtest

Kolloidal gelöste Stärke bildet mit Jod einen blauen Farbkomplex. Stärkekörner können mit-tels Jodlösung in Randbereichen blau eingefärbt werden, wenn sie kolloidal angelöst sind. Diese Jod-Stärke-Reaktion ist bei höheren Temperaturen gestört; deshalb müssen bei der Heißenzymierung die Säfte vor dem Jod Test auf Raumtemperatur abgekühlt werden.

Jodtest zur Kontrolle der gesamten Stärke bei der ASK-Herstellung

Bei der Konzentrat Herstellung wird der trübe Saft bei der Aromagewinnung auf fast 100 °C erhitzt. Dabei werden die Stärkekörner aufgelöst und müssen als kolloidal gelöste Stärke enzymatisch abgebaut werden. Um den Gehalt an gesamter Stärke mittels Jod nachweisen zu können, muss der Saft vor dem Jodtest aufgekocht und danach abgekühlt werden. Erst danach kann der gesamte Gehalt an Stärke (kolloidal gelöste Stärke und in Lösung gebrachte Stärkekörner) mit Jod nachgewiesen werden.

Jodtest zum Nachweis der kolloidal gelösten Stärke

In diesem Fall darf der Saft vor dem Jodtest nicht aufgekocht werden. Die Stärke-körner, die in Randbereichen mit Jod angefärbt werden können, müssen vor dem Jod Test über ein Faltenfilter abfiltriert werden. Im Filtrat befindet sich danach nur die kolloidal gelöste Stärke, die mit Jod nachweisbar ist. Nur diese muss enzymatisch abgebaut werden, wenn klarer Saft stärkefrei eingelagert werden soll.

Durchführung des Jodtests

Eine n/100 Jodlösung-Vorratslösung oder eine selbst hergestellte Vorratslösung (20 g Kaliumjodit und 1 g Jod in einem Liter Wasser gelöst) mit Wasser auf hellbrau-ne Farbe verdünnen. 5 – 10 ml Saft in einem schräggehaltenen Reagenzglas mit 0,5 – 1 ml dieser verdünnten Jodlösung vorsichtig überschichten. Danach die Verfär-bung an der Grenzschicht, am besten vor einem weißen Hintergrund, beobachten. Die nachfolgende Aufnahme zeigt den fortschreitenden Stärkeabbau in fünf Phasen.

Bemerkung: Amylose bildet mit Jod eine tiefblaue Färbung, Amylopektin dagegen nur eine violette bis rotbraune Farbe. Deshalb wird ein unvollständi-ger Stärkeabbau oft übersehen, wenn mit zu hoch konzentrierten Jodlösun-gen gearbeitet wird.

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Enzymierung |

1.6 Technische Enzympräparate bei der Fruchtsaftherstellung

1.6.1 Maischeenzymierung

1.6.1.1 Maischeenzymierung von Kernobst (Äpfel, Birnen, Quitten)

Bei der Enzymierung von Maische aus Kernobst mit einer Spezial-Pektinase wie zum Beispiel Panzym YieldMASH XXL oder Panzym First Yield wird durch die spezielle Zusammensetzung der pektinolytischen Einzelfraktionen dieses Enzyms, vor allem das lösliche Pektin in der Maische abgebaut. Dadurch kommt es zu einer drastischen Reduzierung der Saftviskosität. Der niedrigviskose Saft kann leichter aus der Maische abfließen. Gleichzeitig wird durch ein richtig zusammengesetztes Enzym das unlösli-che Protopektin weitestgehend verschont, wodurch die Struktur der Maische erhalten bleibt. Es findet keine Vermusung der Maische statt.

Vorteile der Apfelmaischeenzymierung:

1. Steigerung der Pressenkapazität von ca. 20 – 50 % bei gleichbleibender Ausbeute durch Erhöhung des frei abfließenden Saftanteils. Eine Bucher HP 5000 kann mit 11 statt 8 – 9 Tonnen befüllt werden, bei gleichbleibender Presszeit.

2. Steigerung der Ausbeute um 5 – 20 %, je nach Ausgangszustand der Äpfel, bei gleicher Pressenkapazität.

3. Variables Anpassen der vorhandenen Pressenkapazität auf die jeweilige Erntesi-tuation. Bei geringer Ernte und hohen Rohstoffpreisen kann die Ausbeute forciert werden. Bei großer Ernte und entsprechend niedrigem Rohstoffpreis, wird logi-scherweise die Pressenkapazität optimiert. Dazwischen sind jederzeit beliebige Kombinationen frei wählbar.

Enzymierung der Frischmaische bei einstufiger Pressung

1. Mindesttemperatur 8 – 10 °C Maximaltemperatur 30 °C, bei höherer Temperatur wird das Aroma geschädigt!

2. Mindeststandzeit - für Bucherpressen: ca. 0,5 – 1,0 h - für Bandpressen: ca. 1,0 – 1,5 h - für Dekanter: ca. 1,0 – 1,5 h

3. Gleichmäßige Verteilung des Enzyms in der Maische, optimal durch Dosa-ge einer 1:10 mit kaltem Wasser verdünnten Enzymlösung in die Mühle. Es darf auf keinen Fall gerührt werden!

Herstellung von klarem oder trübem Saft aus Kernobst mit Frischmaische- enzymierung und 1-stufiger Pressung

DosageMaischeenzym

für Kernobstin die Mühle

Mühle Enzymdosage

Maische- erwärmung

Maische- enzymierung

Pressung Zentrifuge Enzymierung und Schönung

oder Einlagerung als Trübsaft

Klärung

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Enzymierung |

Dosageempfehlungen zur Enzymierung von Frischmaische

Frisches Obst: 40 – 60 ml Panzym YieldMASH XXL/Tonne oder 40 – 80 ml Panzym First Yield/Tonne

Lagerobst. 50 – 100 ml Panzym YieldMASH XXL/Tonne oder 50 – 120 ml Panzym First Yield/Tonne

Für die Herstellung von Trübsaft wird generell die niedrigste Dosierung und eine sofor-tige Pasteurisation des Saftes nach Pressung und Zentrifugation empfohlen. Längere Zwischenlagerung des unpasteurisierten Saftes führt zu einer Entstabilisierung des Trubes.

Herstellung von Trübsaft mit anschließender Enzymierung der Trester-maische bei 15 – 25 °C ohne Rühren

Diese Technologie basiert auf einer zweistufigen Pressung. Sie wird angewendet, wenn z. B. der Saft aus der ersten Pressung als Trübsaft Verwendung finden soll. Die Entsaftung der nicht enzymierten Frischmaische geschieht in der ersten Stufe mit einer Ausbeute von 60 – 70 %.

Danach erfolgt die Nachextraktion des Tresters und Enzymierung der Trestermaische. Dazu wird der Trester meist mit der gleichen Menge warmem oder heißem Wasser ein gemaischt.

Das heiße Extraktionswasser (Brüden Kondensat oder entsalztes Wasser) erwärmt den Trester auf die gewünschte Enzymierungstemperatur. Die Temperatur sollte zum Schutz des Aromas 30 °C nicht überschreiten. Spielt die Qualität des Apfelaromas keine Rolle, so könnte die Trestermaische auch bei 50 °C enzymiert und gepresst werden, um die Ausbeute weiter zu steigern oder den Enzymverbrauch bzw. Stand-zeiten zu reduzieren. Die Enzymdosage erfolgt in den Tresterauswurf der Vorpresse.Vorsicht! Das Enzym darf nicht in unmittelbaren Kontakt mit heißem Extraktionswas-ser kommen, da es dadurch inaktiviert würde.

Herstellung von Trübsaft und Konzentrat aus Kernobst mit Enzymierung der Trestermaische und zweistufiger Pressung

Mühle, evtl. Enzymdosage

Maische-Vorratstank

1. Pressung Zentrifuge Pasteurisation Lagertank

Maische- enzymierung

2. Pressung ZentrifugeLagertankBrüdenkondensat

Enzym- dosage

EntaromatisierungEnzymierungKlärungFiltrationKonzentrierung

Trester

DosageMaischeenzym

für Kernobstin die Mühle

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Enzymierung |

Dosageempfehlungen zu Enzymierung von Trestermaische

Trester aus frischem Obst: 80 – 120 ml Panzym YieldMASH XXL/Tonne oder 80 – 160 ml Panzym First Yield/Tonne

Trester aus Lagerobst: 100 – 200 ml Panzym YieldMASH XXL/Tonne oder 100 – 240 ml Panzym First YieldTonne

Die Nachpressung der Trestermaische wird entweder auf der gleichen Presse, meist aber auf einer in Reihe geschalteten zweiten Presse durchgeführt. Beim Einsatz von Spezialenzymen mit wenig störenden Nebenaktivitäten, wie Cellulasen oder Hemi-cellulasen, können mit Hilfe dieser Technologie qualitativ hochwertige Konzentrate auf sehr wirtschaftliche Weise hergestellt werden.

Kann eine Maische-Enzymierung auch bei der Trübsaftherstellung durchgeführt werden?

Ja, wenn der Saft sehr Pektin reich ist ( Alkoholtest).

Ja, wenn der Saft unmittelbar nach der Pressung pasteurisiert werden kann.

Nein, wenn der Saft wenig Pektin enthält und eine schnelle Pasteurisation nicht ge-währleistet ist.

Die AFP-Technologie (Advanced Fruit Processing)

Pektinasen mit einem hohen Anteil an zellwandabbauenden Nebenaktivitäten sind in der Lage, die pflanzliche Zelle weitestgehend aufzulösen. Dadurch wird neben einer extremen Saftfreisetzung auch die unlösliche Trockensubstanz angegriffen.Durch die enzymatische Auflösung unlöslicher Trockensubstanz ist es möglich, Ausbeuten von über 100 % zu erzielen. Dies klingt unwahrscheinlich, kann aber mit einer einfachen Modellrechnung belegt werden:

Ein Apfel besteht zu etwa: 10 – 12 % löslicher Trockensubstanz (= 10 – 12 Brix), ca. 85% Wasser und 3 – 5% unlöslicher Trockensubstanz. Das sind Stiele, Schalen, Kern-gehäuse und Kerne, bestehend aus Zellulose, Protopektin und anderen Zellwandbe-standteilen.

Setzt man die gemessene lösliche Trockensubstanz im Saft aus nicht enzymierter Maische = 100 % erzielbare Ausbeute, so kann die enzymatische Überführung von unlöslicher Trockensubstanz in lösliche Trockensubstanz, die Ausbeute auf über 100% steigern, wenn eine leistungsfähige Saftextraktion durch Presse oder Dekanter zum Einsatz kommt. In vielen Praxisversuchen mit Panzym AFP-L oder Panzym Second Yield wurde

Ein weiterer Vorteil dieser Technologie besteht in einem geringeren Tresteranfall, be-sonders wenn dieser kostenintensiv entsorgt werden muss.

Wichtig zu erwähnen ist, dass der Saft aus der AFP-Technologie aufgrund seines sehr hohen Galacturonsäuregehalts oft nicht mehr die Anforderungen von ASK-Einkäufern erfüllt. In der Branche kursieren maximal tolerierte Gehalte an Monoga-lacturonsäure von 800 – 1500 mg/l. Die Fruchtsaftverordnung limitiert den Gehalt an Monogalac-turonsäure dagegen nicht. Der Saft wird deshalb als B-Qualität eingestuft. Bei der gleichzeitigen Anwendung von Cellulasen, die laut Fruchtsaftverordnung nicht zuge-lassen sind, ist der so hergestellte Saft nicht mehr als Fruchtsaft verkehrsfähig. Er muss deshalb in Anwendungen außerhalb der Fruchtsaftverordnung eingesetzt wer-den, z. B. als Zuckerersatz (Fruchtsüße) in der Lebensmittelindustrie. Die jeweilige Zulässigkeit seiner Verwendung ist von Fall zu Fall gesondert zu prüfen.

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Enzymierung |

AFP-Technologie: Herstellung von Saft oder Konzentrat aus Kernobst mit Enzy-mierung der Frisch- und Trestermaische und zweistufiger Pressung

Diese Technologie basiert auf einer zweistufigen Pressung.

Die Entsaftung der nicht enzymierten Frischmaische bei der Trübsaftherstellung oder mit Panzym First Yield enzymierter Maische bei der Konzentrat Herstellung geschieht in der ersten Stufe mit einer Ausbeute von 60 – 80 %.

Danach erfolgt die Nachextraktion des Tresters und Enzymierung der Trestermaische.

Der Trester wird meist mit der gleichen Menge warmem oder heißem Brüden Kon-densat oder entmineralisiertem Wasser eingemaischt, um die Trestermaischetempe-ratur auf 50 – 55 °C zu erhöhen. Bei dieser Temperatur zeigt Panzym Second Yield seine höchste Aktivität. Die Enzymdosage erfolgt in den Tresterauswurf der Vorpresse.

Vorsicht! Das Enzym darf nicht in unmittelbaren Kontakt mit heißem Extraktions-wasser kommen, da es bei Temperaturen über 55 °C schnell inaktiviert würde. Auch darf es aus gleichem Grund nicht gemeinsam mit der Ascorbinsäure Losung (Vitamin C) dosiert werden.

Dosageempfehlungen zur Enzymierung von Frisch- und Trestermaische

Frischmaische Frisches Obst: 40 – 60 ml Panzym YieldMASH XXL/Tonne oder 40 – 80 ml Panzym First Yield//Tonne

Lagerobst: 50 – 100 ml Panzym YieldMASH XXLTonne oder 50 – 120 ml Panzym First Yield/Tonne

Trestermaische

Die Dosageempfehlungen richten sich nach den Ausbeuten, die bei der ersten Saftex-traktion erzielt wurden und sind abhängig davon, ob eine Frischmaischeenzymierung stattgefunden hat oder nicht. Die niedrigeren Dosagen gelten für Trester aus enzy-mierter Frischmaische.

Alle Dosagen sind auf Trestermaische mit 1 Teil Trester + 1 Teil Wasser bezogen.

Ausbeute 80 %: 250 – 500 ml/Tonne Trestermaische

Ausbeute 70 %: 160 – 380 ml/Tonne Trestermaische

Ausbeute 60 %: 120 – 240 ml/Tonne Trestermaische

Mühle Enzymdosage

Maische- enzymierung

1. PressungTrester

Zentrifuge

A-SaftEntaromatisierungEnzymierungKlärungFiltrationKonzentrierungoder Einlagerung als Trübsaft

Trester MaischeEnzymierung

Zentrifuge

LagertankBrüdenkondensat

EnzymDosage

B-SaftEntaromatisierungEnzymierungKlärungFiltrationKonzentrierung2. Pressung

oder Dekanter

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Enzymierung |

1.6.1.2 Maischeenzymierung von Stein- und Beerenobst

Die Maische von Stein- und Beerenobst wird zur Gewinnung der wertvollen roten Farbstoffe (Anthocyane) und zur Vermeidung der Maischegelierung, aufgrund ihres hohen Pektin Gehalts, in der Regel bei 50 °C enzymiert. Die erhöhte Temperatur hilft die Farbstoffe aus den Fruchtzellen freizulegen und erlaubt die wirtschaftlicheEnzymierung im Temperaturoptimum der Enzyme.

Oft wird die Maische zur maximalen Farbextraktion kurzfristig auf ca. 80 – 85 °C er-hitzt; diese erhöhte Temperatur führt jedoch auch zu einer verstärkten Freilegung von Kolloiden aus den Zellwänden der Früchte und zu nachfolgenden Problemen

bei der späteren Saftklärung und Filtration.

Welche Pektinase für die Maischeenzymierung?

Um die unerwünschte Freisetzung von Zellwandkolloiden in vernünftigen Grenzen zu halten, wird empfohlen, die Maischeenzymierung mit einer Pektinase durchzu-führen, die nur über ein geringes Spektrum an Nebenaktivitäten verfügt. Panzym Pro Color ist ein solches „Softenzym“. Es verfügt über ein ausreichendes Spek-trum an Enzymaktivitäten für die Farbfreisetzung und den Abbau des im Saft ge-lösten Pektins und erlaubt dadurch eine problemlose Pressung mit hoher Saft- und Farbausbeute. Panzym Pro Color liefert kolloidarme Säfte, die leicht depektinisier-bar, klärbar und filtrierbar sind. Das gleiche gilt für Panzym BE XXL. Im Vergleich zu Standardpektinasen eignen sich Panzym Pro Color und Panzym BE XXL aufgrund ihres niedrigen pH-Optimums besonders für die Enzymierung säurereicher Früchte.

Bei einem pH-Wert von 3,0 arbeitet Panzym Pro Color noch mit 60 % seiner maxima-len Aktivität. Die Standardpektinase nur mit 20 %.

Herstellung von klarem Saft oder Konzentrat aus Stein- oder Beeren-früchten

Aufgrund ihrer weichen Konsistenz können Stein- und Beerenfrüchte vor der Verar-beitung nicht gewaschen werden. Umso wichtiger ist die Eingangskontrolle bei der Anlieferung von gefrorenen oder frischen Früchten. Ungesunde Partien müssen kon-sequent aussortiert werden.Gefrorene Früchte werden in einem Annahmesystem mit Doppelmantel und Schneckentransport mittels Dampf oder Heißwasser aufgetaut und in die Walzen-mühle transportiert. Hier erfolgt die Dosage einer Enzymverdünnung, am besten mit einer Dosierpumpe direkt in die Mühle oder in die Förderleitung.Um starke Vermusung und spätere Klärschwierigkeiten zu vermeiden, sollte die Maische nur gelegentlich gerührt werden.Wird das Enzym per Hand in den Maischetank dosiert, so muss die Maische gele-gentlich gerührt werden, um das Enzym gleichmäßig zu verteilen. Das Enzym wird in diesem Fall frühzeitig mit den ersten Maischeanteilen im Tank vorgelegt.

120

100

80

60

40

20

0

2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6

Akt

ivit

ät (

%)

Panzym Pro Color

Standartpektinase

Kapitelübersicht

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Enzymierung |

Herstellung von Saft oder Konzentrat aus Stein- oder Beerenfrüchten mit Enzymierung der Frischmaische und einstufiger Pressung

Dosageempfehlungen für die Maischeenzymierung von Beerenobst mit Panzym Pro Color oder Panzym BE XXL

Himbeeren: 50 – 120 ml/Tonne

Erdbeeren: 30 – 80 ml/Tonne

Johannisbeeren, schwarz: 80 – 200 ml/Tonne

Johannisbeeren, rot: 40 – 100 ml/Tonne

Preiselbeeren, Cranberry: 150 – 300 ml/Tonne

Brombeeren: 50 – 100 ml/Tonne

Stachelbeeren: 20 – 60 ml/Tonne

Standzeit: 1 – 2 Stunden bei 50 – 55 °C

Besondere Empfehlungen zur Verarbeitung von Kirschen

Bei der Verarbeitung von Sauerkirschen empfehlen wir, auf die Maischeenzymierung zu verzichten. Stattdessen sollte mit einer erhöhten Maischetemperatur gepresst werden. Ab 60 – 70 °C koagulieren fruchteigene Eiweißstoffe, die ansonsten zu hart-näckigen Trübungen führen und die spätere Klärung erschweren.Bei dieser hohen Maischetemperatur ist eine Enzymierung nicht mehr möglich, aber bei Sauerkirschen auch nicht erforderlich, da diese relativ geringe Mengen an Pektinstoffen enthalten. Das sofortige Pressen ohne Standzeit verhindert, dass sich Kerne im Maischetank ab-setzen und Probleme bei der Maischeförderung verursachen.Diese Arbeitsweise ist besonders vorteilhaft beim Arbeiten mit Bandpressen.Die Maischeauftragsdicke bei der Bandpresse sollte zur Erzielung guter Ausbeuten höher bemessen werden als bei steinlosen Früchten.Sauerkirschen könnten aufgrund ihres niedrigen Pektin Gehalts auch ohne vorherige Maischeenzymierung kalt gepresst werden. Die Heißpressung ist jedoch mit Hinblick auf die Ausbeute vorzuziehen.

Besondere Empfehlungen zur Verarbeitung von Cranberry

Die Maischeenzymierung von Cranberry sollte bei etwas niedrigerer Temperatur von ca. 40°C durchgeführt werden, um eine vorzeitige Inaktivierung des Maischeenzyms aufgrund des sehr niedrigen pH-Wertes von ca. 2,5 zu vermeiden. Bei dieser sehr markigen und Pektin reichen Frucht sind erhöhte Pektinasedosierungen in Maische und Saft unumgänglich. Die Verlängerung der Standzeit zur Verringerung der Enzym-dosagen sind bei der Verarbeitung dieser Frucht unproblematisch, denn der niedrige pH-Wert in Verbindung mit vorhandener Benzoesäure, als natürlichem Konservie-rungsstoff, verringern die mikrobiologische Anfälligkeit der Maische beträchtlich.

MühleEnzymdosage

Maische- enzymierung

Pressung Zentrifuge

EntaromatisierungEnzymierungKlärungFiltrationEinlagerung oderKonzentrierung

Maische- erwärmung

auf 50 - 55o C

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Enzymierung |

1.6.2. Saftenzymierung

Prozessablauf bei der Herstellung von klaren Direktsäften aus Kernobst

Bei der Herstellung von Premiumsäften sollte jeder unnötige Erhitzungsschritt ver-mieden werden. Bei der Verarbeitung von gesunden Früchten, verbunden mit inten-sivem Waschen der Früchte, kann in nördlichen Breitengraden auf die Pasteurisation des frischen Presssaftes verzichtet werden. Der Saft wird nach einer Vorklärung über Rüttelsiebe oder Separator kalt enzymiert und geschönt. Die Saftenzyme werden im Enzymierungs- und Schönungstank vorgelegt und können schon während der Füllzeit mit dem Pektin- und Stärkeabbau beginnen. Die Enzymierungszeit beträgt in Abhän-gigkeit von der Enzymdosage bei 15 – 20°C ca. 4 – 8 Stunden. Erst nach Überprüfung des vollständigen Pektin- und Stärkeabbaus mittels Alkohol- und Jodtest darf die Dosage der Schönungsmittel erfolgen.

Prozessablauf bei der Herstellung von klaren Konzentraten aus Kernobst

Bei der Konzentrat Herstellung bietet sich die Heißklärung an. Der frische Pressaft wird nach Vorklärung mittels Rüttelsieb oder Separator direkt der Entaromatisierung zugeführt. Während der Konzentrierung findet bei einer Temperatur von ca. 90 °C eine Pasteurisation statt. Das Halbkonzentrat mit 20 – 24 Brix wird mit 50 – 55 °C aus der Anlage herausgefahren und in den Enzymierungs- und Schönungstank überführt. Die Saftenzyme werden mit den ersten Saftanteilen im Tank vorgelegt und können be-reits während der Füllzeit mit dem Pektin- und Stärkeabbau beginnen. Bei 50 – 55 °C arbeiten die Saftenzyme im Maximum ihrer Aktivität. Dem entsprechend beträgt die Enzymierungszeit nur ca. 1 Stunde. Erst nach Überprüfung des vollständigen Pektin- und Stärkeabbaus mittels Alkohol- und Jodtest darf die Dosage der Schönungs-mittel erfolgen.

1.6.2.1 Einsatz von Pektinasen zur Depektinisierung von Fruchtsäften

Anforderungen an eine Pektinase zum Pektin Abbau in Kernobstsäften

- Ausgeglichenes Verhältnis von Pektinesterase und Polygalacturonase oder Verwen-dung einer Pektintranseliminase, welches Pektin auch ohne vorherige Entesterung spalten kann.

- Ausreichende Aktivität an Arabanase, wenn Konzentrate aus Kernobst, besonders von Birnen, unter Vermeidung von Arabantrübungen hergestellt werden sollen

Pektingehalt, Pektinasedosage

Der Pektingehalt in Fruchtsäften ist von folgenden Faktoren abhängig:

1. Obstsorte: Streuobst enthält meist mehr Pektin als Tafelobst.

2. Reifegrad der Früchte: Mit zunehmender Reife steigt der Gehalt an löslichem Pektin

3. Konzentrationsgrad der Fruchtsäfte: Halbkonzentrat mit 20 – 24 Brix enthält doppelt so viel Pektin wie Saft ab Presse mit z.B. 10 – 12 Brix

4. Mechanische Beanspruchung der Maische durch das Press System :Packpressen-säfte enthalten weniger Pektin als Säfte aus Horizontalpressen, Bandpressen oder Dekantern

Die folgenden Dosageempfehlungen gelten für Säfte mit einer Konzentration von ca. 10-12 Brix.

Kernobstsaft aus knappreifem Obst: 0,5 – 1,0 ml Panzym Pro Clear oder Panzym XXL/100 Liter

Kernobstsaft aus reifem Obst: 1,0 – 2,0 ml Panzym Pro Clear oder Panzym XXL/100 Liter

Kernobstsaft aus überlagertem Obst:

2,0 – 3,0 ml Panzym Pro Clear oder Panzym XXL/100 Liter

Enzymierungszeit in Abhängigkeit von der Safttemperatur:

bei 15 – 20°C: ca. 8 Stunden

bei 50 – 55°C: ca. 1 Stunde

(siehe dazu Kapitel 1.1 Berechnung der Enzymdosage in Abhängigkeit von Tempe-ratur und Enzymierungszeit)

Kapitelübersicht

26 |

Enzymierung |

1.6.2.2 Einsatz von Amylasen für den Stärkeabbau in Kernobstsäften

Grundsätzlich wird die Anwendung von Fädchen freien Amylasen ( Panzym F2) empfohlen, um Probleme mit Trübungen in abgefüllten Säften zu vermeiden. Werden aus Preisgründen trotzdem Fädchen bildende Amyloglucosidasen eingesetzt, sollte die vom Hersteller empfohlene maximale Dosierung nicht überschritten werden.

Der Stärkegehalt in Fruchtsäften ist von folgenden Faktoren abhängig:

1 Reifegrad der Früchte: Mit zunehmender Reife sinkt der Gehalt an Stärke

2. Konzentrationsgrad der Fruchtsäfte: Halbkonzentrat mit 20 – 24 Brix enthält doppelt so viel Stärke wie Saft ab Presse mit z.B. 10 – 12 Brix

3. Mechanische Beanspruchung der Maische durch das Press System.: Packpressen-säfte enthalten weniger Stärke als Säfte aus Horizontalpressen, Bandpressen oder Dekantern

4. Grad der Vorklärung: Der Einsatz von Separatoren reduziert den Gehalt an Stärke um den Anteil an ungelösten Stärkekörnern

Dosageempfehlungen

Kaltklärung von nicht erhitzten Kernobstsäften:

Saft aus unreifem Obst: 4 – 6 ml Panzym F2/100 Liter

Saft aus knappreifem Obst: 2 – 4 ml Panzym F2/100 Liter

Saft aus reifem Obst: 1 – 2 ml Panzym F2/100 Liter

Standzeit: ca. 6 - 8 Stunden bei 15-20°C.

Kaltklärung von erhitzten Kernobstsäften (Stärkekörner kolloidal gelöst):

Saft aus unreifem Obst: 8 – 12 ml Panzym F2/100 Liter

Saft aus knappreifem Obst: 4 – 8 ml Panzym F2/100 Liter

Saft aus reifem Obst: 2 – 4 ml Panzym F2/100 Liter

Standzeit: ca. 6 - 8 Stunden bei 15 – 20°C

Heißklärung von Kernobstsäften

Saft aus unreifem Obst: 3 – 5 ml Panzym HT 300 oder

2 – 3 ml Panzym AG XXL oder

8 – 12 ml Panzym F2/100 Liter

Saft aus knappreifem Obst: 2 – 3 ml Panzym HT 300 oder

1 – 2 ml Panzym AG XXL oder

4 – 8 ml Panzym F2/100 Liter

Saft aus reifem Obst: 1 – 2 ml Panzym HT 300 oder

1 – 2 ml Panzym AG XXL oder

2 – 4 ml Panzym F2/100 Liter

Standzeit: ca. 1 Stunde bei 50 – 55 °C

Gemeinsame Anwendung von Amylase und PektinasePektinasen und Amylasen behindern sich nicht gegenseitig bei ihrer Arbeit und sollten deshalb gemeinsam eingesetzt werden. Dabei sollten die Dosierungen so bemessen werden, dass nach Ablauf der Enzymierungszeit Pektin und Stärke gleichzeitig abge-baut sind. Um keine wertvolle Zeit zu verschwenden, werden die Enzyme mit den ersten Saft-anteilen im Enzymierungs- und Schönungstank nach der Presse oder nach der Aroma-anlage vorgelegt. Dadurch kann die Füllzeit des Tanks als Enzymierungszeit genutzt werden. Gelegentliches Rühren ist wichtig, um die Enzyme gleichmäßig im Saft zu verteilen. Bei der Heißenzymierung sind nach „Tankvollzustand“ oft nur noch wenige Minuten bis zum Abschluss des Pektin- und Stärkeabbaus abzuwarten, bis die Klärung mit Hilfe von Bentonit, Gelatine und Kieselsol ausgeführt werden kann.

Bitte beachten:

Mit der Zugabe von Bentonit oder Aktivkohle wird die Enzymierung abgebrochen, da die Enzyme durch Adsorption an diese Mittel inaktiviert werden.

Kapitelübersicht

27 |

Enzymierung |

Vorversuche zur Ermittlung der Pektinase und Amylasedosage

Dazu wird der Saft auf die in der Praxis vorherrschende Enzymierungstemperatur temperiert. Bei der Kaltenzymierung sollte der Versuch in der Produktionshalle durch-geführt werden, da eine Kühlung im Labormaßstab oft nicht möglich ist. Für die Hei-ßenzymierung ist die Erwärmung und Temperierung des Saftes in einem Wasserbad notwendig. Empfehlenswert ist, eine gestaffelte Dosage der Enzyme im Bereich der vom Hersteller empfohlenen Mindest- und Maximaldosage vorzunehmen.

z.B.:

1, 2 + 3 ml Panzym Pro Clear/100 Liter

kombiniert mit z.B.:

1, 3, + 5 ml Panzym F2/100 Liter

Dazu stellt man sich zunächst eine 1%ige Enzymverdünnung mit kaltem Wasser her (1 ml Enzym werden mit Wasser auf 100 ml verdünnt)

1 ml dieser Enzymverdünnung zu 1 Liter Saft dosiert, entspricht einer Praxis-Dosage von 1 ml/100 Liter Saft.

Für die Kontrolle des Pektin- und Stärkeabbaus werden bei der Kaltenzymierung jede Stunde, bei der Heißenzymierung alle 15 Minuten mindestens 10 ml Probe aus dem Überstand mittels Pipette entnommen und in zwei Reagenzgläser je 5 ml Probe ein pipettiert.

Danach erfolgt der Alkoholtest auf Pektin und der Jodtest auf Stärke.

Es wird empfohlen, die Saftprobe vor den Tests über ein Faltenfilter zu filtrieren. Dadurch werden nicht abbaubare, ungelöste Stärkekörner und grobe Trubstoffe be-seitigt, welche zu falschen Interpretationen der Tests führen können. Die Dosage, welche in der gewünschten Zeit das Pektin bzw. die Stärke vollständig abgebaut hat, wird in der Praxis eingesetzt. Dabei sollte die Dosage mit einer Sicherheitsreserve beaufschlagt werden, damit Schwankungen im Pektin und Stärkegehalt nicht zu spä-teren technischen Problemen führen.

In der Praxis sollte jede Enzymierung mittels Alkohol- und Jodtest kontrolliert werden. Diese ständige Kontrolle erhöht die Sicherheit der Verarbeitung und erlaubt die fortlaufende Anpassung der Enzymdosage an veränderte Pektin- und Stärkege-halte.

Anforderungen an eine Pektinase zum Pektinabbau in BeerensäftenAusgeglichenes Verhältnis von Pektinesterase und PolygalacturonaseAusreichende Hemicellulase-Nebenaktivitäten zur Farbfreisetzung und weitestgehen-dem KolloidabbauNiedriges pH-Optimum für eine gute Wirkung in Säften mit hohem Säuregehalt

Dosageempfehlungen für die Depektinisierung von Beeren- und Stein-obstsäften

Für die Depektinisierung von Säure - und Pektinreichen Säften aus Stein- und Bee-renobst wird die Verwendung einer Pektinase mit niedrigem pH-Optimum und einem großen Spektrum an kolloidabbauenden Nebenaktivitäten empfohlen, beispielsweise

Panzym Pro Color oder Panzym BE XXL.

Himbeeren: 40 ml/TonneErdbeeren: 30 ml/TonneJohannisbeeren, schwarz: 60 ml/TonneJohannisbeeren, rot: 50 ml/TonnePreiselbeeren, Cranberry: 100 ml/TonneBrombeeren: 40 ml/TonneStachelbeeren: 20 ml/Tonne

Diese Dosageempfehlungen sind Orientierungswerte und gelten für Säfte mit einer Konzentration von ca. 10 Brix.

Enzymierungszeit in Abhängigkeit von der Safttemperatur: bei 20 °C: ca. 8 Stundenbei 50 °C: ca. 1 Stunde

Kapitelübersicht

28 |

Enzymierung |

1.6.3 Anwendung von Spezialenzymen bei der Fruchtsaftbereitung

1.6.3.1 Pektinase mit Arabanase-Nebenaktivität zur Herstellung von ASK

Werden Apfelsaftkonzentrate mittels Maischeenzymierung und/oder wässriger Ex-traktion - als ausbeutefördernde Maßnahmen - hergestellt, können Arabantrübungen im Konzentrat auftreten. Arabane sind Bestandteile der pflanzlichen Zellwand, welche in hoher Konzentration infolge Retrogradation Trübungen im Konzentrat bilden können. Diese Trübungen treten allerdings nur im Konzentrat auf. Bei Saftstärke konnten noch keine Arabantrübungen festgestellt werden.

Verhaltensweise und Erscheinungsbild von Arabantrübungen:

Arabantrübungen treten als weißer Bodensatz in Konzentraten auf. Unter dem Mikro-skop sehen sie aus wie überdimensional große Hefezellen. Sie treten meist aus zwei bis vier zusammenhängenden kugelförmigen Gebilden auf.

Tropft man 10%ige Natronlauge auf den Objektträger und zwar an den Rand des Deckglases unter dem sich die Probe befindet, so kann man die Auflösung der Ara-bankugeln beobachten. Zunächst erscheinen die Arabankugeln wie durchsichtige Weihnachtkugeln, welche dann wie Ufos platzen. Arabantrübungen lösen sich im Ge-gensatz zu Hefetrübungen durch Erwärmen auf 60 °C auf.

Verhinderung von Arabantrübungen

Einsatz von Pektinasen mit Arabanase-Nebenaktivität wie z.B. Panzym Pro Clear oder Panzym XXL.

Die Arabane werden gleichzeitig mit dem Pektin abgebaut

Technologische Bedeutung der Arabantrübungen

Arabantrübungen haben keine Bedeutung im abgefüllten Apfelsaft, da sie sich bei der Heißabfüllung auflösen und bei Saftstärke nicht entstehen können. Arabantrübungen treten in Konzentraten als messbare oder sichtbare Trübungen auf und verringern des-halb den Marktwert Araban haltiger Konzentrate.

1.6.3.2 Pektinase zur Steigerung der Filterleistung bei der Cross-Flow- Filtration und konventioneller Filtration

Durch den Einsatz von Pektinasen mit hoher Hemicellulase-Nebenaktivität, dazu zäh-len vor allem Rhamnogalacturonase und Arabinoglactanase, kann die Filterleistung - besonders bei den kolloidempfindlichen Cross-Flow- Filtrationssystemen gesteigert werden. Panzym Flux ist ein solches Spezialenzym.

Industrieversuche Abcor Ultrafiltration Durchschnitt über 7 Tage

1. Steigerung der Fluxrate bei der Ultrafiltration

130

120

110

100

90

80

70

60

50Kontrolle Panzym Flux 1,1 ml/hl

119105

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29 |

Enzymierung |

Während einer ganzen Woche wurde entaromatisierter Apfelsaft zusätzlich mit durch-schnittlich 1,1 ml Panzym Flux pro hl behandelt. Die Enzymierung mit Panzym Flux erfolgte gleichzeitig mit dem Pektin- und Stärkeabbau bei ca. 50 °C in 1 – 2 Stunden. Bei normaler Enzymierung konnte die Anlage mit einer Durchschnittsleistung von 105 l/m2 x h gefahren werden. Die Anwendung von Panzym Flux brachte eine Leis-tungssteigerung auf 119 l/m2 x h. Als zusätzlicher Effekt wurde festgestellt, dass sich die Anlage leichter chemisch reinigen ließ.

2. Senkung des Kieselgur Verbrauchs durch Panzym Flux:

3. Senkung des Filterschichtenverbrauchs durch Panzym Flux

Durch die Anwendung von Panzym Flux konnte durchschnittlich innerhalb eines Jah-res der Kieselgur Verbrauch von 0,033 auf 0,022 kg/hl gesenkt werden. Schwankungen des Kieselgur Verbrauchs innerhalb des Jahres waren bedingt durch Produktionsspit-zen von schwierig filtrierbaren Produkten. Im gleichen Maße positiv wirkte sich der Einsatz von Panzym Flux auf den Verbrauch von Tiefenfilterschichten aus. Innerhalb des Beobachtungsjahres konnte der Verbrauch von 0,038 auf 0,025 m2/hl gesenkt wer-den.

Anwendung von Panzym Flux

Panzym Flux kann gemeinsam bei der Depektinisierung und dem Stärkeabbau ange-wendet werden. Panzym Flux wirkt sowohl bei der Kaltenzymierung (15 – 20 °C) als auch bei der Heißenzymierung (50 – 55 °C).

Dosageempfehlung: 1 – 2 ml Panzym Flux/hl

Enzymierungszeit: 1 – 2 h bei 50 – 55 °C

4 – 8 h bei 10 – 20 °C

Panzym Flux sollte immer in Kombination mit einer hochkonzentrierten Pektinase wie z.B. Panzym Pro Clear eingesetzt werden. In stärkehaltigen Säften muss zusätzlich eine Amylase kombiniert werden.

0,06

0,05

0,04

0,03

0,02

0,01

0Seb95

Kieselgurverbrauch (kg/hl) Linear (Kieselgurverbrauch (kg/hl))

Okt95

Nov95

Dez95

Jan96

Feb96

Mrz96

Apr96

Mai96

Jun95

Jul95

Aug95

Seb95

Okt95

Nov95

Kieselgurverbrauch (kg/hl)

0,06

0,05

0,04

0,03

0,02

0,01

0Seb95

Schichtenverbrauch (m2/hl) Linear (Schichtenverbrauch (m2/hl))

Okt95

Nov95

Dez95

Jan96

Feb96

Mrz96

Apr96

Mai96

Jun95

Jul95

Aug95

Seb95

Okt95

Nov95

Schichtenverbrauch (m2/hl)

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Enzymierung |

1.6.3.3 Anwendung von Spezialenzymen zur Reinigung von Mikro- und Ultrafiltrationsmembranen

Enzyme, die zu Reinigungszwecken eingesetzt werden, müssen nicht der Frucht-saftverordnung entsprechen. Sie enthalten in der Regel neben Pektinasen auch Amy-lasen, Hemicellulasen Cellulasen und Proteasen. Dieses weite Aktivitätsspektrum ermöglicht den sehr aggressiven Angriff von Kolloiden, welche durch Deckschichtbil-dung und Verstopfung der Poren die Leistung der Filtermembran herabsetzen. Ein solches Spezialenzym ist z.B. SIHA Cip Membrane.

Anwendung von SIHA Cip Membrane

500 – 1000 ml SIHA Cip Membrane in 1.000 Liter Reinigungswasser verdünnen. Der pH-Wert der Enzymverdünnung sollte auf 5,0 korrigiert werden. Dies geschieht am zweckmäßigsten durch Zusatz von Zitronensäure oder Natronlauge. Die Reinigung erfolgt nach Erwärmen der Enzymlösung auf 50 °C durch 1-2stündiges Zirkulieren der Enzymlösung oder ohne Zirkulation bei Raumtemperatur über Nacht.

Nach dem enzymatischen Abbau der Kolloide erfolgt die chemische Reinigung nach den Empfehlungen des Membranherstellers. Die enzymatische Membranreinigung sollte unbedingt vor der chemischen Reinigung vorgenommen werden.

1.6.4. Anwendungsformen von technischen Enzympräparaten

Enzyme werden in drei Anwendungsformen angeboten:

- als Enzympulver

- als Enzymgranulat

- als Flüssigenzym

Der Vorteil der festen Anwendungsform (Pulver oder Granulat) liegt in der längeren Haltbarkeit der Enzympräparate. Meist wird vom Hersteller die Haltbarkeit der Enzy-me in Form eines Aktivitätsverlustes in % der Ausgangsaktivität bei Lagerung unter-halb von 10 °C angegeben:

Die Aktivitätsverluste betragen in etwa:

bei festen Präparaten: minus 5 – 10 % pro Jahr

bei flüssigen Präparaten: minus 10 – 20 % pro Jahr

Diese Aktivitätsverluste sollten aber sicherheitshalber aus den Produktinformationen der Hersteller entnommen werden.

Das Enzym kann trotz Aktivitätsverlust noch weiter verwendet werden. Allerdings muss die Dosierung um den Betrag der verlorenen Aktivität erhöht werden.

Die meisten Enzympräparate können durch Einfrieren über mehrere Jahre ohne nen-nenswerten Aktivitätsverlust gelagert werden. Allerdings sollten die Enzyme nach dem Auftauen direkt verwendet werden. Das wiederholte Einfrieren kann nicht emp-fohlen werden.

Unter den festen Anwendungsformen hat das Granulat den Vorteil, dass es weniger staubt und dadurch die Gefahr von Enzymstauballergien sehr gering ist. Aufgrund der allergisierenden Wirkung von Enzymen bei empfindlichen Personen, tragen Enzyme ein Andreaskreuz als Gefahrenhinweis. Auch flüssige Enzyme tragen diesen Gefah-renhinweis, da durch das Einatmen von Sprühnebeln (Aerosole) Allergien auftreten können. Das Einatmen von Sprühnebeln von wässrigen Enzymlösungen ist in der Getränkeindustrie allerdings sehr unwahrscheinlich.

1.6.5. Was ist beim Einkauf von Enzympräparaten zu beachten:

Das wesentlichste Kriterium beim Enzymeinkauf ist die Aktivitäts-/ Preisrelation, die das Enzym bietet. Einige Hersteller geben die Aktivität ihrer Enzyme in Form von hauseigenen Akti-vitätseinheiten an. Die Aktivitätsangaben der einzelnenHersteller sind jedoch nicht miteinander vergleichbar, denn für Pektinasen und Amylasen exis-tieren keine international genormten Aktivitätsbestimmungen. Die Dosageangaben laut Herstellerinformation sind ebenfalls kein verlässlicher Berechnungsfaktor für das

Kapitelübersicht

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Enzymierung |

Preis-/Leistungsverhältnis eines Enzyms, denn diese basieren auf Erfahrungen und die Erfahrungswerte der einzelnen Enzymhersteller können sehr weit voneinander differieren.Als verlässlichste Methode zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit eines Enzyms bleibt letztendlich nur die eigene Beurteilung durch einen Laborversuch (siehe dazu

Kapitel 1.6.2.2 Vorversuche zur Ermittlung der Pektinase und Amylasedosage).

Enzympreis in EURO/Liter oder EURO/kg?

Zur Ermittlung des Preisleistungsverhältnisses muss noch die Preisbasis der Enzyme berücksichtigt werden.

Oft werden Flüssigenzyme in €/kg verkauft, obwohl sie volumetrisch dosiert werden. In diesen Fällen muss der Enzympreis in €/kg mit der Dichte des Enzyms (meist 1,15) multipliziert werden, um eine Vergleichbarkeit zu einem Preis in €/Liter herstellen zu können. Das heißt der Enzympreis in €/kg erhöht sich um 15 %.

1.6.6. Kosten- und Wirtschaftlichkeitsberechnungen beim Einsatz von technischen Enzympräparaten

Berechnung der Wirtschaftlichkeit der Apfelmaischeenzymierung

1. Wie hoch ist der Mehrerlös in €/100 kg Maische durch die Maischeenzymie-rung, wenn der Saftpreis mit € 0,30/Liter kalkuliert wird und das Maischeenzym € 30,00/Liter kostet?

2. Ab welchem Saftpreis rentiert sich die Maischeenzymierung nicht mehr?

a) Die erzielbare Ausbeute ohne Maischeenzymierung beträgt mit einer Bandpresse 70 Liter Saft von 11 Brix/100 kg Apfelmaische. Der Saft wird mit € 0,30/Liter bewer-tet.

b) Die erzielte Ausbeute mit Maischeenzymierung beträgt 75,5 Liter Saft/100 kg Mai-sche. Dieser Saft läuft durch die Verdünnung mit Bandwaschwasser mit 10 Brix von der Presse ab.

Für die Enzymierung wurden 10 ml Maischeenzym je 100 kg Maische eingesetzt. Das Maischeenzym kostet € 30,00/Liter.

Rechnung 1:

Saftmehrausbeute Brix korrigiert:

5,5 Liter x 10 Brix / 11Brix = 5 Liter Mehrausbeute (11 Brix)/100 kg Maische

5 x € 0,30/Liter = € 1,50 Mehrausbeute/100 kg Maische

Enzymkosten je 100 kg Maische:

€ 30,00/Liter = € 30,00/1000 ml x 10 ml/100 kg = € 0,30/100 kg Maische

Ergebnis :

Durch die Apfelmaischeenzymierung wird ein Mehrerlös von

€ 1,50 - € 0,30 = € 1,20 je 100 kg verarbeiteter Maische erzielt.

Rechnung 2:

5,0 Liter Mehrausbeute x ? € entsprechen € 0,30 an Enzymkosten

€ 0,30 / 5 = € 0,15/Liter

Ergebnis :

Wenn der Saftpreis unter € 0,15/Liter sinkt, sind die Enzymkosten höher als der Saft-mehrerlös und die Maischeenzymierung rentiert sich nicht mehr.

Kapitelübersicht

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Enzymierung |

Rechnerischer Vergleich der Wirtschaftlichkeit von Enzympräparaten ver-schiedener Hersteller

In einem Laborversuch zum Vergleich zweier Enzympräparate wurde folgendes fest-gestellt:

Enzym 1 baut das Pektin mit einer Dosage von 5 ml/100 Liter Saft in 6 Stunden ab. Das Enzym kostet € 30,00/kg. (Dichte = 1,2)

Enzym 2 baut das Pektin mit einer Dosage von 3 ml/100 Liter Saft in ebenfalls 6 Stunden ab. Das Enzym kostet € 40,00/Liter

Welches Enzym besitzt das beste Preis-/Leistungsverhältnis?

Rechnung:

Enzymkosten je 100 Liter Saft für Enzym 1:

Enzympreis €/kg x Dichte (1,2) = €/Liter

€ 30,00/kg x 1,2 = € 36,00/Liter = 36 x 100 Cent/1000 ml = 3,6 Cent/ml

3,6 Cent/ml x 5 ml/100 Liter = 18 Cent/100 Liter Saft

Enzymkosten je 100 Liter Saft für Enzym 2:

€ 40,00/Liter = 40 x 100 Cent/1000ml = 4,0 Cent/ml

4,0 Cent/ml x 3 ml/100 Liter = 12 Cent/100 Liter Saft

Ergebnis:

Enzym 2 bietet das beste Preis-/Leistungsverhältnis

Kapitelübersicht

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2 Klärung

Klärung |

Kapitelübersicht

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Klärung |

Inhaltsangabe

2.1 Klärung2.1.1 Prinzip der Klärung von Fruchtsäften und Fruchtweinen2.1.2 Die bei der Klärung beteiligten Reaktionspartner

2.1.3 Phasen der Klärung

2.2 Bentonit-Schönung2.2.1 Was ist Bentonit?2.2.2 Aufbau von Bentonit2.2.3 Wirkungsweise von Bentonit2.2.4 Bentonit-Typen für die Getränkeklärung und Stabilisierung2.2.5 Dosage-Richtwerte2.2.6 Ermittlung des Bentonit-Bedarfs für eiweißreiche Getränke im Vorversuch2.2.7 Vorteile der Bentonit-Anwendung2.2.8 Praktische Anwendung

2.3 Die Gelatineschönung2.3.1 Aufbau2.3.2 Herstellungsverfahren und Gelatinetypen2.3.3 Qualitätsparameter2.3.4 Aufgaben und Wirkungsweise der Gelatine2.3.5 Kläreigenschaften verschiedener Gelatinetypen2.3.6 Gelatine-Dosage2.3.7 Gelatine-Bentonit-Klärung

2.4 Die Kieselsol-Schönung2.4.1 Aufbau und Wirkungsweise2.4.2 Herstellungsverfahren2.4.3 Kieselsoltypen für die Getränkeklärung2.4.4 Vorteile der Anwendung von Kieselsol bei der Getränkeklärung2.4.5 Die Gelatine-Kieselsol-Schönung2.4.6. Die Bentonit-Gelatine-Kieselsol-Schönung

Kapitelübersicht

35 |

Klärung |

Inhaltsangabe

2.5 Ermittlung des Schönungsmittelbedarfs im Vorversuch2.5.1 Durchführung von Schönungsvorversuchen am Beispiel Apfelsaft2.5.2. Ausführung im Detail2.5.3. Lösungen und Dosierungen

2.6 Testmethoden2.6.1 Alkoholtest auf Pektin Stoffe2.6.2. Jodtest auf Stärke2.6.3. Hitze- / Kältetest auf Stabilität gegen Nachtrübungen2.6.4. Gelatinetest auf Gelatineunterschönung2.6.5. BEVASIL 30-Test auf Gelatineüberschönung

Kapitelübersicht

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Klärung |

2.1 Klärung

2.1.1 Prinzip der Klärung von Fruchtsäften und Fruchtweinen

Fruchtsäfte und Fruchtweine enthalten geladene Kolloide, welche die im Fruchtsaft oder Fruchtwein enthaltenen Trubstoffe umhüllen und bei gleichsinniger Ladung durch gegenseitige Abstoßung stabil in Schwebe halten. Das Prinzip der Klärung basiert auf einem Ladungsausgleich durch Anwendung von entgegengesetzt geladenen Schö-nungsmitteln.Voraussetzung für das Gelingen einer Schönung ist der vorhergehende enzymatische Abbau von Pektinstoffen und Stärke, welche als Makromoleküle die Trubstoffe umhül-len und eine Entstabilisierung dieser Trubstoffe sehr wirkungsvoll verhindern. Bevor die Anwendung der Schönungsmittel beginnt, muss die Saftenzymierung mit Pektina-sen und/oder Amylasen deshalb abgeschlossen sein. Dies ist mit dem Alkoholtest auf Pektin und Jodtest auf Stärke zu überprüfen.

2.1.2 Die bei der Klärung beteiligten Reaktionspartner

Polyphenole (negativ geladen)

Diese Gruppe von Kolloiden ist in Kernobst, Beerenobst und Steinobst enthalten. Sie besitzen eine negative Ladung und reagieren vorwiegend mit positiv geladenen Eiweißstoffen in Form einer Flockung, aber auch durch Bildung von Nachtrübungen im abgefüllten Getränk. Besonders hohe Gehalte an Polyphenolen sind in Kernobst (Äpfel, Birnen, Quitten), und hier besonders in alten Apfel- und Birnensorten (Streu-obst), zu finden. Zu den besonders polyphenolhaltigen Früchten zählen auch Schlehen und Speierling.

Eiweißstoffe (positiv geladen)

Eiweißstoffe sind Bestandteil der Fruchtzellen und praktisch in allen Früchten ent-halten. Deren Gehalt ist in den verschieden Fruchtsorten sehr unterschiedlich und innerhalb einer Fruchtsorte noch maßgeblich durch Witterungsbedingungen und Nähr-stofffaktoren (Düngung) beeinflusst. So enthalten in einem trockenen und heißen Sommer herangereifte Früchte sogenannte Stressproteine, welche den Eiweißgehalt deutlich erhöhen.Citrusfrüchte (z.B. Orangen und Zitronen) und exotische Früchte (z.B. Maracuja und Mango) besitzen von Natur aus einen sehr hohen Gehalt an eiweißähnlichen Verbin-dungen, jedoch keine reaktionsfähigen Polyphenole.

Von den einheimischen Früchten mit vergleichsweise hohem Eiweißgehalt sind be-sonders Sauerkirschen, weiße Trauben und Stachelbeeren zu nennen.

Diese Zusammenhänge sollte man bei der Auswahl der Schönungsmittel und deren Dosierung berücksichtigen.

.

Kapitelübersicht

37 |

Klärung |

2.1.3 Phasen der Klärung

Gleichsinnig negativ geladene Trubstoffe stoßen sich gegen-seitig ab und bleiben stabil in Schwebe.

Eine exakt dosierte Gelatinemenge führt zum Ladungsaus-gleich und zu einer Flockungsreaktion

Bentonit und Kiesel-sol vervollständigen die Reaktion, verbes-sern die Klärung und beschleunigen die Sedimentation.

Nach Ablauf der Sedimentationszeit entsteht ein kom-paktes Trubdepot und ein klarer Über-stand.

Trübstoffe

PolyphenoleGelantine Bentonit

Kieselsol

Kapitelübersicht

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Klärung |

2.2 Bentonit-Schönung

Die Bentonit-Schönung dient in erster Linie zur Stabilisierung von Getränken gegen Eiweißtrübungen. Trauben, Kirschen, Zitrusfrüchte und Exoten enthalten im Vergleich zu anderen Früchten relativ große Mengen an natürlichem Eiweiß. Die Eiweißgehalte schwanken in Abhängigkeit von der Traubensorte und den Anbaubedingungen. Trauben aus intensivem Anbau – mit entsprechend hohen Aufwandmengen an Düngemitteln – sind besonderes eiweißreich. Besonders in heißen und trockenen Sommern lagern Früchte Stressproteine ein und erhöhen dadurch den Bentonit-Bedarf. Die Bentonit-Dosage muss deshalb dem jeweiligen Eiweißgehalt des Getränkes ange-passt werden. Die Ermittlung des Bentonit-Bedarfs geschieht durch einen Vorver-such (siehe 2.2.6).

2.2.1 Was ist Bentonit?

Bentonit ist ein natürlich vorkommendes Tonmineral.

Bentonit entstand durch Verwitterung vulkanischer Asche und wird auch als Tonerde bezeichnet. Je nach Fundstätte besitzt diese Tonerde sehr unterschiedliches Ausse-hen. Seine Farbe variiert von weiß bis braun. Der Name „Bentonit“ leitet sich ab von einer in der Nähe vom Fort Benton (Wyoming, USA) entdeckten Fundstätte.

Gebrochener Ton und daraus hergestellte Produkte (Quelle: Süd-Chemie AG)

2.2.2 Aufbau von Bentonit

Hauptbestandteil und maßgebend für die Eigenschaften von Bentonit ist das Tonmi-neral Montmorillonit. Dieses ist ein kristallines, schichtförmig aufgebautes Alumini-um-Hydrosilikat. Der Name „Montmorillonit“ leitet sich ab von einer Lagerstätte bei Montmorillon in Südfrankreich. .

Kristallgitter von Bentonit nach U. Hofmann, modifiziert

Kapitelübersicht

39 |

Klärung |

Auf den Schichtoberflächen befinden sich negative Überschussladungen, die durch Fehlstellen im Kristallgitter verursacht werden. Diese negativen Überschussladungen werden durch positive Ladungen austauschfähiger Calcium-, Magnesium- oder Nat-rium-Ionen kompensiert. Die lonen befinden sich zwischen den Schichten und halten diese entsprechend ihrer Ladung mehr oder weniger fest zusammen.

Schichtstruktur von Bentonit (Quelle: Süd-Chemie AG, modifiziert)

2.2.3 Wirkungsweise von Bentonit

Kommt Bentonit mit Wasser in Berührung, so tritt das Wasser zwischen die Schich-ten und der Schichtabstand zwischen den einzelnen Plättchen erweitert sich durch in-nerkristalline Quellung. Die Kristallplättchen des Calcium-Bentonits sind 16-mal dicker als beim Natrium-Bentonit und werden aufgrund der zweifach positiven Ladung des Calciums stärker durch Kationenbrücken zusammengehalten als beim einfach positiv geladenen Natrium im Natrium-Bentonit. Die Bindung zwischen den einzelnen Schich-ten wird beim Quellen von Natrium-Bentonit teilweise vollständig aufgehoben. Dies bedeutet, dass in einer wässrigen Suspension eines Natrium-Bentonits eine 15-20fach höhere Anzahl dünner Teilchen mit entsprechend höherer wirksamer Oberfläche vorlie-gen als in einer Calcium-Bentonit-Suspension. Durch die vergrößerte Oberfläche des Natrium-Bentonits steigt dessen Bindungskapazität gegenüber elektropositiv gelade-nen Getränkekolloiden, wie z.B. Eiweißstoffe der Getränke oder Gelatine.Das Prinzip der Bentonitschönung besteht darin, dass elektropositiv geladene Kolloide an die elektronegativ geladenen Oberflächen der Montmorillonit-Schichten gebunden werden. Dabei kommt es in der Regel zur Ausflockung der Kolloide, gefolgt von einer Sedimentation. Durch Abstich, Separation und Filtration wird der Bentonit gemeinsam mit den unerwünschten, Trübungen verursachenden Kolloiden wieder aus dem Getränk entfernt.Je größer die Abstände zwischen den einzelnen Lamellen des Schichtpakets bei der Quellung in Wasser wachsen, desto größer wird die negativ geladene Oberfläche und desto größer wird die Bindungskraft für entgegengesetzt geladene Störstoffe im Ge-tränk.

Kapitelübersicht

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Klärung |

Verhalten von Calcium- und Natrium-Bentoniten bei der Quellung in Wasser im Vergleich

2.2.4 Bentonit-Typen für die Getränkeklärung und Stabilisierung

Es ist technisch möglich, das in Calcium-Bentoniten austauschfähige Calcium durch Natriumionen zu ersetzen, um eine Änderung der Bentonit-Eigenschaften zu errei-chen. Dieses Verfahren wird in großem Maßstab durchgeführt; man nennt es Bento-nit-Aktivierung. Mit diesem Verfahren ist es möglich, fast beliebige Aktivierungsgrade – vom reinen Calcium-Bentonit bis hin zum hoch aktivierten Na/Ca-Bentonit – herzu-stellen.

Bentonit-Typen

Aufgrund der zuvor genannten Eigenschaften unterteilt man heute die im Handel be-findlichen Betonite in vier Grundtypen und Spezial-Bentonite:

- reine Calcium-Bentonite

- schwach aktivierte Ca-/Na-Bentonite

- hoch aktivierte Na/Ca-Bentonite

- reine Natrium-Bentonite (in Europa nicht zugelassen)

- Spezial-Bentonite, beispielsweise „sandfrei“

Charakteristische Eigenschaften verschiedener Bentonit-Typen

Reine Natrium-Bentonite dürfen aufgrund ihrer erhöhten Natriumabgabe an das Ge-tränk gemäß dt. Weingesetz in Deutschland nicht eingesetzt werden. Für Fruchtsaft besteht ein solches Regelwerk nicht. Jedoch muss der Anwender beim Einsatz von Bentonit im Fruchtsaft darauf achten, dass der auf 30 mg/Liter limitierte Natrium-Gehalt im Fruchtsaft nicht überschritten wird.

Bentonit Typ Ca-Bentonit Ca/Na-Bentonit Na/Ca-Bentonit Spezialbentonit

(für die

Ultrafiltration)

SIHA SIHA SIHA SIHA

Ca-Bentonit G Aktivbentonit G PURANIT PURANIT UF

Eigenschaften

Bindungkraft niedrig mittel hoch sehr hoch

für Eiweiß

Quellvermögen niedrig mittel hoch hoch

Trubvolumen niedrig mittel hoch sehr hoch

Na-Abgabe 1) keine niedrig mittel mittel

Klärvermögen niedrig mittel sehr hoch hoch

Dosage hoch mittel niedrig sehr niedrig1) durch das dt. Weingesetz limitiert, für Fruchtsaft nicht limitiert

Zerfall des Schichtpaketes bei der Quellung von Natrium-Bentonit

Vergrößerung des Schichtab-stands bei der Quellung von Ca-Bentonit

fehlt

Kapitelübersicht

41 |

Klärung |

Spezialbentonit für die Crossflow-Filtration

Bentonite sind mehr oder weniger stark mit Sand verunreinigt. Sand wirkt abrasiv, also zerstörend auf die empfindliche Membranoberfläche und schädigt Pumpen und Rohrleitungen ebenfalls.Mit SIHA PURANIT UF ist es gelungen, einen sandfreien Bentonit herzustellen, welcher darüber hinaus über eine optimierte Partikelgrößenverteilung verfügt. Durch gezielte Auswahl des Roh-Tones konnte zusätzlich die Adsorptionskraft gesteigert werden und die Abgabe von Schwermetallen, insbesondere von Blei deutlich redu-ziert werden.Aufgrund der Summe seiner Eigenschaften besitzt SIHA PURANIT UF Alleinstel-lungsmerkmale. Dem Anwender gibt dieses Produkt nicht nur Sicherheit im Betrieb seiner teuren Crossflow-Filtrationsanlage, sondern auch wirtschaftliche und qualitati-ve Vorteile wie:- geringere Aufwandmengen (Dosage)

- verbesserte Stabilität im Hitze-/Kältetest

- farbschonende Behandlung von Buntsäften

- sehr geringe Abgabe von Schwermetall-Ionen an das Getränk

Welcher Bentonit-Typ für welchen Zweck?

Traubenwein: Für die Klärung und Stabilisierung von Traubenwein, insbesondere von Weinen mit hohem pH-Wert (< 3,5), wird grundsätzlich die Anwendung von Aktivben-tonit empfohlen. Reine Calcium-Bentonite besitzen eine zu geringe Adsorptionska-pazität für Eiweißstoffe und ein zu geringes Klärvermögen im pH-Bereich > 3,5. Da Traubenweine in der Regel hohe Eiweißgehalte aufweisen, sollte der Bentonitbedarf unbedingt im Vorversuch (siehe 2.2.6) ermittelt werden. Da Bentonit auch Farbe adsorbiert, dient bei Rotweinen der Vorversuch insbesondere dazu, mit möglichst niedrigen Bentonit-Dosagen Eiweißstabilität zu erzielen, um die wertvolle Farbe zu schonen.

Fruchtsäfte und Fruchtweine: Die Auswahl des Bentonit-Typs zur Schönung von Fruchtsäften und Fruchtweinen ist abhängig von

- Eiweißgehalt des Getränkes

- pH-Wert (Säuregehalt) des Getränkes

- Schönungstemperatur

Mit Ausnahme von Stachelbeeren und Kirschen ist der Eiweißgehalt bei den heimischen Früchten - insbesondere bei gerbstoffreichen - relativ niedrig. Ben-tonit dient hier hauptsächlich zur Entfernung der zugesetzten Enzympräpa-rate, welche als Eiweißstoffe Nachtrübungen verursachen können und zur sicheren Entfernung der Klärgelatine. Als Reaktionspartner für niedermolekulare Ge-latineanteile verbessert Bentonit - besonders bei der Heißschönung - die Klärung und Stabilität der Getränke. Für die Heißschönung empfehlen wir SIHA PURANIT oder

SIHA Aktivbentonit G, für die Kaltschönung SIHA Ca-Bentonit G. Beim Einsatz von Mikro- oder Ultrafiltrationsanlagen wird die Verwendung des völlig sandfreien Bentonits

SIHA PURANIT UF dringend empfohlen.

Kapitelübersicht

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Klärung |

2.2.5 Dosage-Richtwerte

Die aufgeführten Dosageempfehlungen sind nur als Richtwerte zu verstehen. Sie müssen dem jeweils vorliegenden Getränk und den betrieblichen Forderungen bezüg-lich gewünschter Stabilität, Farbe oder Klärergebnis angepasst werden. Besonders bei der Klärung und Stabilisierung von eiweißreichen Getränken wird die Durchfüh-rung des nachfolgend beschriebenen Vorversuchs angeraten.

Getränk pH-Wert Schönungs- Bentonit-Typ Dosage ca.

temperatur (°C) (g/hl)

Fruchtweine

Fruchtwein rot < 3,5 Kellertemperatur SIHA Ca-Bentonit G 25 – 50

Fruchtwein rot > 3,5 Kellertemperatur SIHA Aktivbentonit G 50 – 75

SIHA PURANIT 25 – 50 Fruchtwein weiß < 3,5 Kellertemperatur SIHA Ca-Bentonit G 75 – 100

Fruchtwein weiß > 3,5 Kellertemperatur SIHA Aktivbentonit G 75 – 100

SIHA PURANIT 50 – 75

Fruchtsäfte

Kernobst < 3,5 10- 20 SIHA Ca-Bentonit G 50 – 100

Kernobst > 3,5 10- 20 SIHA Aktivbentonit G 50 – 100

SIHA PURANIT 25 – 75

Kernobst,

mit Ultrafiltration 3 – 4 50-55 SIHA PURANIT UF 50 – 75

Stachelbeeren 3 – 4 10-20 SIHA Ca-Bentonit G 100 – 150

Stachelbeeren 3 – 4 50-55 SIHA Aktivbentonit G 100 – 150

SIHA PURANIT 75 – 100

Kirschen 3 – 4 10-20 SIHA Aktivbentonit G 100 – 150 SIHA PURANIT 75 – 100

Kirschen 3 – 4 50-55 SIHA Aktivbentonit G 100 – 150

SIHA PURANIT 75 – 100

Buntsäfte 2,5 – 3,5 10-20 SIHA Ca-Bentonit G 25 – 50

Buntsäfte 2,5 – 4 50-55 SIHA Aktivbentonit G 25 – 50

SIHA PURANIT 25 – 50

Kapitelübersicht

43 |

Klärung |

2.2.6 Ermittlung des Bentonit-Bedarfs für eiweißreiche Getränke im Vorversuch

1. Mischen und 15 Minuten reagieren lassen

2. Über feines Filterpapier filtrieren

3. Trübung vor dem Test (NTU 1) mittels Trübungsphotometer messen

4. 5 ml Filtrat mit 0,5 ml BENTOTEST-Reagens mischen

5. Nach 15 Minuten Trübung (NTU 2) mittels Trübungsphotometer messen

6. Die Differenz NTU 2 minus NTU 1 soll den Wert 1,0 nicht überschreiten

7. Die geringste Bentonitdosage, welche diese Bedingung erfüllt, sollte in der Praxis angewendet werden.

Kapitelübersicht

44 |

Klärung |

2.2.7 Vorteile der Bentonit-Anwendung

Bentonit besitzt aufgrund seiner großen Oberfläche, mit negativen Flächenladungen und leicht positiven RandIadungen, folgende wichtigen Eigenschaften:

Erhöhung der Getränkestabilität durch

- Bindung von Eiweißstoffen

- Leichte Reduzierung von Polyphenolen, aber auch geringe Reduzierung der

Farbstoffe

Verbesserung der Klärung durch

- Reaktion mit positiv geladenen Kolloiden

- Reaktion mit Proteinen des Getränkes

- Reaktion mit Gelatine

Beschleunigung der Trub-Sedimentation durch Erhöhung des spezifischen Gewichts der Trubstoffe

Verbesserung der Bekömmlichkeit von Getränken durch

- Adsorption von biogenen Aminen

- Adsorption von Pflanzenschutzmittel-Rückständen

2.2.8 Praktische Anwendung

Bentonit benötigt eine Vorquellzeit in Wasser von ca. 8 – 12 Stunden, um seine opti-male Wirksamkeit zu erreichen.Dazu wird der Bentonit in die ca. 5 – 10fache Menge Wasser eingerührt und das über-stehende Wasser nach der Quellzeit dekantiert.Die Bentonit-Suspension wird in den Wein eingerührt. Nach ca. 15 Minuten kann die Dosage der restlichen Schönungsmittel erfolgen.

Durch Vorquellung des Bentonits in warmem Wasser (50 bis maximal 60 °C) kann die Quellzeit auf ca. 2 – 4 Stunden verkürzt werden.

Bemerkungen:- Bentonit quillt in weichem oder entmineralisiertem Wasser besser als in hartem Wasser.- Die Quellung im Getränk würde zu Produktverlusten führen, deshalb wird die Quel lung in Wasser empfohlen.- Durch Quellung in einer hohen Menge Wasser und anschließendem Dekantieren des überstehenden Wassers kann der Bentonit gewaschen werden. Dadurch redu- ziert sich der Eintrag von Fremdionen in das Produkt.

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45 |

Klärung |

2.3 Die Gelatineschönung

Die Gelatineschönung dient in erster Linie der Klärung des Getränkes. Gelatine re-agiert als positiv geladenes Eiweiß mit den negativ geladenen Polyphenolen (Gerb-stoffen) des Getränkes und bewirkt durch Ausgleich des negativen Ladungsüber-schusses eine Flockungsreaktion.Daneben führt die Reaktion mit den Getränkegerbstoffen zu einer Farbaufhellung durch Entfernung oxidierter Polyphenole, einer Harmonisierung des Geschmacks und ebenfalls zu einer Stabilisierung gegen Gerbstofftrübungen

2.3.1 Aufbau

Gelatine ist fast reines tierisches Eiweiß, das durch schonende Hydrolyse aus Kno-chen oder Bindegewebe gewonnen wird. In Abhängigkeit von der Art der verwen-deten Rohstoffe werden zwei Kollagen-Aufschluss-Verfahren und dementsprechend zwei Gelatinetypen unterschieden:

- Gelatinetyp A: sauer aufgeschlossen

- Gelatinetyp B: alkalisch aufgeschlossen

2.3.2 Herstellungsverfahren und Gelatinetypen

Für sauer aufgeschlossene Gelatine (Gelatinetyp A) kommen als Rohstoff „Schwar-ten“ zum Einsatz, aus denen das Kollagen in einem schonenden, zeitlich relativ kur-zen, sauren Aufschluss-Verfahren extrahiert wird.Alkalisch aufgeschlossene Gelatinen (Gelatinetyp B), werden aus den Rohstoffen „Spalthäute“ und „Knochen“ gewonnen. Das Kollagen wird auf alkalischem Wege in einem langandauernden Prozess aufgeschlossen.

2.3.3 Qualitätsparameter

Beide Aufschlussverfahren gehen von unterschiedlichen Rohstoffen aus und greifen unterschiedlich stark in die Strukturen der Aminosäuren ein, aus denen das Gelati-neeiweiß aufgebaut ist. Der Unterschied zwischen den Gelatinetypen A und B drückt sich am deutlichsten im Isoelektrischen Punkt aus.

Isoelektrischer Punkt (IP) Entfernt man aus einer wässrigen Gelatinelösung durch Ionenaustausch alle gelösten Salze, so stellt der in der Lösung gemessene pH-Wert den Isoelektrischen Punkt dar.Liegt der IP der Gelatine über dem pH-Wert des Getränkes, so besitzt die Gelatine eine positive Ladung.Liegt der pH-Wert des Mediums über dem IP der Gelatine, so trägt sie eine negative Ladung.Da Gelatine aufgrund ihrer positiven Ladung den Überschuss an negativen Ladungen im Fruchtsaft ausgleichen muss, um eine Flockungsreaktion auszulösen, ist die Höhe der positiven Ladung eine qualitäts-bestimmende Kenngröße für Klärgelatinen.Die Höhe der positiven Ladung der Gelatine ist umso größer, je weiter der IP der Gelatine vom pH-Wert des Getränkes entfernt liegt.

Kapitelübersicht

46 |

Klärung |

Positive Ladung von Gelatine in Abhängigkeit ihres IP

Bloom Zahl

Da Speisegelatine in der Lebensmittelindustrie hauptsächlich als Gelierungsmittel eingesetzt wird, hat sich die Bloom-Zahl als Maß für die Gelierkraft einer Gelatine als wichtige Qualitätszahl etabliert. Sie bestimmt letztendlich den Verkaufspreis. Als Qualitätskenngröße für die Eignung der Gelatine zur Getränkeklärung ist sie nur be-dingt aussagefähig.Da die Gelierkraft von der Molekülgröße der Eiweißfraktionen abhängt, können von der Bloom-Zahl Rückschlüsse auf das mittlere Molekulargewicht der Gelatine geführt werden. Handelsübliche Gelatinen bestehen aus EiweißmoIekülen unterschiedlichs-ter Größe. Das Molekulargewicht liegt zwischen 20.000 und 200.000. Hochmolekula-res Gelatineeiweiß zeigt ein besonders gutes Reaktionsverhalten gegenüber negativ geladenen Getränkekolloiden. Dagegen besteht bei niedermolekularem Gelatineei-weiß - als Hauptbestandteil von kaltlöslichen Gelatinen - die große Gefahr einer un-vollständigen Reaktion der Gelatine mit Gerbstoffen und Kieselsol, wodurch Gelatine-reste im Getränk verbleiben und dadurch Nachtrübungen entstehen können.

Entsprechend der Gelierfähigkeit ist folgende Klassifizierung von Speisegelatinen ge-bräuchlich:

kaltlöslich 0 Bloom

niederbloomig 50 – 100 Bloom

mittelbloomig 100 – 200 Bloom

hochbloomig 200 – 300 Bloom

In der Getränkeindustrie haben sich Gelatinen des niederbloomigen Bereichs von 80 -100 Bloom ( SIHA Gelatine feinkörnig) bewährt. Vergleicht man jedoch verschie-dene Gelatinen dieses Bloom Bereichs bezüglich Klärleistung und Stabilität des be-handelten Saftes gegen Nachtrübungen, so sind trotz gleichem Aufschluss Verfahren oft deutliche Qualitätsdifferenzen unter diesen Gelatinepräparaten nachweisbar.Der Grund ist in der Standardisierung der GeIatinepräparate zu suchen. Oft werden hochbloomige Gelatinefraktionen durch Mischung mit extrem niederbloomiger Ge-latine auf einem bestimmten Bloom Wert standardisiert. Dadurch enthält das Pro-dukt einen zu hohen Anteil an niedermoIekuIarem Gelatineeiweiß mit entsprechend niedriger Reaktionsfähigkeit. Es sollten deshalb stets Gelatinepräparate vorgezogen werden, bei denen unter Inkaufnahme einer etwas inexakteren Standardisierung der Gelierkraft, auf einen Verschnitt mit ungeeigneten Gelatinefraktionen verzichtet wird.

Höhe der positiven Ladung von Gelatinen:

pH

8,0

7,0

6,0

5,0

4,0

3,0

Gelatine (Typ B) Gelatine (Typ A)

IP Gelatine Typ A

IP Gelatine Typ B

pH-Wert Getränk

Kapitelübersicht

47 |

Klärung |

2.3.4 Aufgaben und Wirkungsweise der Gelatine

Gelatine hat als Klär- und Stabilisierungsmittel für Getränke folgende Aufgaben:

- Ausflockung von gleichsinnig negativ geladenen Kolloiden durch Ladungsausgleich. Diese Flockungsreaktion geschieht infolge elektrostatischer Anziehung und Aggre gation.

- Stabilisierung gegen Nachtrübungen durch chemisch-adsorptive Bindung von kon- densierten Polyphenolen, welche durch Kolloid-Alterung zu Gerbstofftrübungen führen oder durch Reaktion mit Eiweiß oder Schwermetallen Trübungen verursa- chen können.

- Geschmackskorrektur durch Senkung des Gerbstoffgehalts

- Farbaufhellung durch chemisch-adsorptive Bindung von braun gefärbten, konden- sierten Polyphenolen und Gerbstoffen.

2.3.5 Kläreigenschaften verschiedener Gelatinetypen

Kläreigenschaften von verschiedenen Gelatine-Qualitäten

Je höher die Bloom-Zahl, desto enger wird der Dosage-Spielraum, innerhalb dessen eine befriedigende Klärung erzielt werden kann. Das bedeutet für die Schönungsvor-versuche, dass diese sehr aufwendig und sorgfältig ausgeführt werden müssen, um die optimale Gelatinedosierung herauszufinden. Das gleiche gilt für alkalisch aufge-schlossene Gelatinen des Typs B, die auch in niedrigem Bloom-Bereich einen ebenso engen Dosage-Spielraum besitzen.Tendenziell erreichen hochbloomige Gelatinen einen geringfügig höheren Klärgrad. Unter den niederbloomigen Gelatinen bietet die Gelatine A 100 den besten Kom-promiss zwischen weitem Dosage-Spielraum, einfacher Handhabung (gute Löslich-keit und geringere Gefahr der Gelierung der Gelatinelösung) und dem erzielbaren Klärgrad. Die nullbloomige Gelatine des Typs A 0 verursacht bereits Gelatineüberschö-nungen in einem Dosage-Bereich, bei dem eine akzeptable Klärung noch lange nicht erreicht ist. Dieser Gelatinetyp ist aus diesem Grunde vollkommen ungeeignet bei alleiniger Verwendung als Klärungsmittel.

2.3.6 Gelatine-Dosage

Die Ermittlung der optimalen Gelatine-Dosage erfolgt durch einen Vorversuch der unter 2.5.1 beschrieben ist.

80

70

60

50

40

30

20

10

0

A0

A100

A200

A300

A120

% G

elat

ine

im Tr

ub

Gelatinedosage (g/hl)o 5 10 15 20 25 30

Grenze Gelatineüber-/ unterschönung mit Gel. A 100 A 200 A 300 B 120

Grenze Gelatineüber- / unterschönung mit Gel. A 0

Kapitelübersicht

48 |

Klärung |

2.3.7 Gelatine-Bentonit-Klärung

Zur Erzielung einer ausreichenden Stabilität gegenüber Eiweißtrübungen, wird in der Praxis generell eine kombinierte Bentonit/Gelatine -Schönung praktiziert. Dabei wird Bentonit am Anfang dosiert, um die volle Adsorptionskraft des Bentonits für die Bin-dung der fruchteigenen Proteine zu nutzen. Danach wird die vorher im Vorversuch ermittelte Gelatinemenge dosiert. Neben der wichtigsten Eigenschaft von Bentonit, das Getränk gegen Eiweißtrübungen zu stabilisieren, besitzt Bentonit ein ausgezeich-netes Klärvermögen, wie nachfolgende Grafik verdeutlicht:

Kläreigenschaften von Bentonit

Die Kombination von Gelatine und Bentonit führt in Abhängigkeit vom Gelatinetyp zu unterschiedlichen Klärergebnissen. Die besten Klärergebnisse werden mit der Gela-tine des Typs A 100 ( SIHA Gelatine feinkörnig, 100 Bloom, sauer aufgeschlossen) erzielt. Mit kaltlöslicher Gelatine A 0 werden nur in Kombination mit hohen Bentonit-Dosierungen akzeptable Ergebnisse erreicht. Alkalisch aufgeschlossene Gelatine (Typ B) klärt generell schlechter als sauer aufgeschlossene.

Die Steigerung der Bentonit Dosage im Bereich der praxisüblichen Dosierungen von 50 bis 150 g/hl erhöhen die Effektivität der Klärung bei allen Gelatinetypen. Das an-gestrebte Klärungsziel von < 2 NTU (visuell sichtbare Grenze) wird mit Bentonit und Gelatine alleine jedoch noch nicht erreicht (siehe mehr unter 2.4 Kieselsol).

2.4 Die Kieselsol-Schönung

Kieselsol wird bei der Saft- und Weinklärung nie alleine, sondern prinzipiell in Kombi-nation mit Gelatine, Kasein oder sonstigen positiv geladenen Flockungsmitteln einge-setzt. In den meisten Fällen dient Kieselsol als Reaktionspartner für Gelatine und ist besonders wirksam in Getränken mit geringem Gerbstoffgehalt.

2.4.1 Aufbau und Wirkungsweise

Kieselsol ist eine kolloidale Lösung von Kieselsäure in Wasser. Im Handel befinden sich Kieselsole mit Kieselsäuregehalten zwischen 13 und 30 % G/G.Die Kieselsolpartikel weisen je nach Handelspräparat eine Größe zwischen 50 und 1000 AE (Anström-Einheiten) auf. Sie sind an der Oberfläche hydroxyliert und tragen deshalb eine negative Ladung. Diese negative Ladung ist verantwortlich für die Wirk-samkeit von Kieselsolen als Klärungs- und Stabilisierungsmittel bei der Getränkeklä-rung.

14

12

10 8

6

4

2

0

ohne Bentonit

Bentonit (50g/hl)

Bentonit (100g/hl)

Bentonit (150g/hl)

Trü

bu

ng

(N

TU

)

GelatinetypenGel. A0 Gel.A100 Gel. B120

Kapitelübersicht

49 |

Klärung |

Negativ geladenes Kieselsol reagiert mit positiv geladener Gelatine und mit positiv geladenen Getränkekolloiden, fällt diese aus und entfernt damit potenzielle Trübungs-bildner. Als Reaktionspartner für Gelatine verbessert Kieselsol in gerbstoffarmen Ge-tränken den Kläreffekt und erhöht die Sicherheit vor Gelatineüberschönungen. Wei-terhin erhöht Kieselsol die Filtrierbarkeit der Getränke durch Ausfällung von positiv geladenen Kolloiden.

2.4.2 Herstellungsverfahren

Man gewinnt technische Kieselsole heute auf drei verschiedenen Wegen:

- Schnelles Ansäuern verdünnter Wasserglaslösungen und gezieltes Aufwachsen zu räumlich unvernetzten Sekundärkolloiden durch Zugabe von Alkali.

Für die Getränkeklärung werden diese alkalisch stabilisierten Kieselsäure-Hydrosole bevorzugt mit Kieselsolgehalten von 15 – 30% eingesetzt. Durch ein für Bayer AG, Leverkusen, patentiertes Verfahren kann im Anschluss ein Spezial-Kieselsol für die Getränkeklärung hergestellt werden. Dieses ist optimiert hinsichtlich seiner Reaktivi-tät gegenüber Gelatine und bezüglich niedriges Trubvolumen.

- Saure Ausfällung von Kieselsäure-Gelen aus Wasserglaslösungen und Peptidisation zu einem räumlich vernetzten Sol.

- Hydrolyse von Siliciumtetrachlorid in einer Knallgasflamme zu lockeren Kieselsäure agglomeraten und Dispersion in Wasser.

Im Handel befinden sich diese Aerosil-Dispersionen als sogenannte „saure Kieselso-le“ mit Kieselsolgehalten von maximal 18 %. Diese Art von Kieselsol bildet struktur-bedingt besonders hohe Trubdepots.

2.4.3 Kieselsoltypen für die Getränkeklärung

Alkalisch stabilisierte Kieselsole (Kieselsäure-Hydrosole)

Alkalisch stabilisierte Kieselsole (Kieselsäure-Hydrosole)Die im Handel angebotenen alkalisch stabilisierten Kieselsole weisen in der Regel einen Kieselsolgehalt von 30 % auf. Sie unterscheiden sich hinsichtlich der Korngröße ihrer Kieselsolpartikel, im Alkaligehalt und in der Höhe ihrer negativen Ladung. In Abhängigkeit ihrer Korngröße besitzen diese Kieselsole ein schwach opaleszie-rendes bis milchig trübes Aussehen. Im Vergleich zu „sauren Kieselsolen“ besitzen unvernetzte, alkalisch stabilisierte Kieselsole trotz ihres hohen Kieselsolgehaltes nur eine geringe Viskosität und sind dadurch dünnflüssig wie Wasser. Durch ein Patent der Fa. Bayer AG, Leverkusen, lassen sich auf Basis alkalisch stabilisierter Kieselsole Spezialkieselsole – wie BEVASIL 30 – für die Getränkeklärung herstellen, das eine extrem hohe negative Ladung und damit eine besonders hohe Reaktivität gegenüber Gelatine besitzt und zusätzlich – aufgrund seiner optimalen Korngröße – ein außerge-wöhnlich niedriges Trubvolumen bildet.

Reaktivität von BEVASIL 30 im Vergleich zu Standard-Kieselsol gegenüber Ge-latinen

Im Vergleich zu einem Standard-Kieselsol flockt BEVASIL 30 gelbildende Gelatine praktisch vollständig aus. Bei einem Standard-Kieselsol findet man lediglich 70 % der dosierten Gelatine im Schönungstrub. Nicht gelbildende Gelatine ist aufgrund ihrer eingeschränkten Reaktionsfähigkeit für die Getränkeklärung völlig ungeeignet.

120

100

80

60

40

20

0

Gelatine 100 Bloom /

Bevasil 30

Gelatine 100 Bloom /

Kieselsol

Gelatine 0 Bloom /

Bevasil 30

Gelatine 0 Bloom /

Kieselsol

% G

elat

ine

im Tr

ub

ml Kieselsol / g Gelatine5 7,5 10 12,5 15 17,5 20

Kapitelübersicht

50 |

Klärung |

Elektronenmikroskopische Aufnahme von BEVASIL30

Die elektronenmikroskopische Aufnahme von BEVASIL 30 zeigt, dass praktisch alle SiO2-Partikel unvernetzt vorliegen. Diese völlig unvernetzte Struktur erklärt das extrem niedrige Trubvolumen, das von BEVASIL 30 gebildet wird.

Sauer stabilisierte Kieselsole (Aerosil-Dispersionen)

Diese Gruppe von Kieselsolen präsentiert sich trotz niedrigem Kieselsäuregehalt von max. 18 % durch extrem hohe Dickflüssigkeit, die nach relativ kurzzeitiger Lagerung zur Gelierung führt. Die Dickflüssigkeit der sauren Kieselsole, verbunden mit ihrem milchig-trüben Aussehen, begründet sich auf der Struktur ihrer Kieselsolpartikel. Die-se sind agglomeriert und räumlich voluminös vernetzt. Daraus erklärt sich auch das relativ hohe Trubvolumen, das von diesen Kieselsolen gebildet wird. Durch die Vorver-netzung findet im Labormaßstab meist eine spontane Flockungsreaktion statt. Die gebildeten großen Flocken sedimentieren rasch zu Boden. Meist findet die endgülti-ge Klärung nach einer zeitlich verzögerten Sedimentation des Feintrubes statt.

2.4.4 Vorteile der Anwendung von Kieselsol bei der Getränkeklärung

- Verbesserung der Klärung

- Verbesserung der Filtration

- Erhöhung der Stabilität gegenüber Nachtrübungen

- Vergrößerung des Dosage-Spielraumes für Gelatine

- Vermeidung von Gelatineüberschönungen)

2.4.5 Die Gelatine-Kieselsol-Schönung

Besonders in Getränken mit geringem Gehalt an Polyphenolen ist Kieselsol ein un-verzichtbarer Schönungspartner für Gelatine. Kieselsol wird normalerweise in einem bestimmten Verhältnis zur Gelatine dosiert.

Kapitelübersicht

51 |

Klärung |

Gelatine-Kieselsol-Verhältnis

In Abhängigkeit des Gerbstoffgehaltes (Polyphenole) und der Schönungstemperatur haben sich folgende Gelatine-Kieselsol-Verhältnisse in der Praxis bewährt:

Gerbstoffreiche Rotweine: 1 : 2 - 3

Gerbstoffarme Rotweine: 1 : 4 - 5

Gerbstoffreiche Weißweine: 1 : 4 - 5

Gerbstoffarme Weißweine: 1 : 5 - 10

Kaltschönung von gerbstoffreichen Säften: 1 : 2 - 3

Kaltschönung von gerbstoffarmen Säften: 1 : 4 - 5

Heißschönung von gerbstoffreichen Säften: 1 : 5

Heißschönung von gerbstoffarmen Säften: 1 :10

Die angegebenen Dosage-Verhältnisse gelten für 30%iges Kieselsol. Kieselsole mit geringerem Kieselsolgehalt müssen entsprechend höher dosiert werden.

Verbesserung der Klärung durch Kieselsol

Mit steigender Kieselsol-Dosage nimmt der Klärgrad des Getränkes zu bzw. die Rest-trübung, gemessen in NTU, ab.

2.4.6 Die Bentonit-Gelatine-Kieselsol-Schönung

2.4.6.1 Zugabe Reihenfolge

Bentonit wird aus Gründen der Eiweißstabilisierung in der Regel am Anfang dosiert. Bentonit reagiert in dieser Reihenfolge vorzugsweise mit den fruchteigenen Eiweiß-stoffen und den niedermolekularen Anteilen der Gelatine. Danach erfolgt die Gelatine- Dosage. Die hochmolekularen Gelatineanteile reagieren in einer Flockungsreaktion mit den Polyphenolen des Getränkes. Das zum Schluss dosierte Kieselsol entfernt die mittelmolekularen Gelatineanteile, die nicht mit den Polyphenolen des Getränkes reagiert haben.

10

8

6

4

2

0

ohne BEVASIL 30

Gelatine : BEVASIL= 1:2,5

Gelatine : BEVASIL= 1:5

Gelatine : BEVASIL= 1:10

Trü

bu

ng

(N

TU

)

Gel. A 100

Kapitelübersicht

52 |

Klärergebnisse mit Gelatine (Typ A, 100 Bloom) alleine und in Kombina- tion mit Bentonit und/oder Kieselsol

Klärergebnisse von Bentonit-Gelatine-Kieselsol- Schönung

In dieser grafischen Darstellung wird deutlich, dass die Kombination der Gelatine mit Bentonit und Kieselsol, neben den zuvor genannten Vorteilen hinsichtlich der Stabili-tät gegenüber Nachtrübungen, auch eine Optimierung des Klärergebnisses mit sich bringt.

Klärergebnis in Abhängigkeit der Zugabe-Reihenfolge der Schönungs mittel

Zugabe-Reihenfolge von Bentonit-Gelatine-Kieselsol

Die besten Klärergebnisse werden nach unserer Erfahrung in 90% aller Fälle mit fol-gender Zugabenreihenfolge erzielt:

1. Bentonit

2. Gelatine

3. Kieselsol

Klärung |

10

8

6

4

2

0

Gelatine

Bentonit/Gelatine

Gelatine/Kieselsol

Bentonit/Gelatine/Kieselsol

Trü

bu

ng

(N

TU

)

Gel. A 100

3,50

3,00

2,50 2,00

1,50

1,00

0,50

0,00

1.Bentonit 2.Gelatine 3.Kieselsol

1.Bentonit 2.Kieselsol 3.Gelatine

1.Kieselsol 2.Bentonit 3.Gelatine

1.Kieselsol 2.Gelatine 3.Bentonit

1.Gelatine 2.Kieselsol 3.Bentonit

1.Gelatine 2.Bentonit 3.Kieselsol

Trü

bu

ng

(N

TU

)

Kapitelübersicht

53 |

Klärung |

Eine mögliche Alternative stellt die Reihenfolge

1. Bentonit

2. Kieselsol

3. Gelatine

dar, wenn in rot gefärbten Säften oder Weinen die wertvolle Farbe geschützt werden soll.

2.5 Ermittlung der optimalen Schönungsmittel-Dosagen im Vorversuch

Die Höhe des Bentonit-Bedarfs ist abhängig vom Eiweißgehalt des Weines oder Saf-tes und kann im Vorversuch bestimmt werden.Die Höhe der Gelatinedosage ist abhängig vom Gerbstoffgehalt des Getränkes. Da der Gerbstoffgehalt in Relation zum Gelatinebedarf nicht analytisch bestimmt werden kann, muss die optimale Gelatinedosierung ebenfalls im Vorversuch ermittelt werden.Kieselsol wird in einem bestimmten Verhältnis zur Gelatine dosiert (siehe Gelatine-Kieselsol-Verhältnis).Da die Reaktionspartner Bentonit und Kieselsol den Gelatinebedarf beeinflussen, müssen diese Mittel ebenfalls im Vorversuch eingesetzt werden. Sehr wichtig ist da-bei die Einhaltung der richtigen Zugabe- Reihenfolge. Unter 2.4.6.1 wurde nachge-wiesen, dass die Reihenfolge

1. Bentonit

2. Gelatine

3. Kieselsol

die besten Klärergebnisse bringt. Unter dem Aspekt Verhinderung von Eiweißtrübun-gen und Gelatineüberschönungen ist sie ebenfalls am sinnvollsten.Eine Alternative zum Schutz der Farbe in rot gefärbten Säften oder Weinen ist unter

2.4.6.1 ebenfalls aufgeführt. Diese Reihenfolge wäre dann im Vorversuch ebenfalls einzuhalten.

Kapitelübersicht

54 |

Klärung |

2.5.1 Durchführung von Schönungsvorversuchen am Beispiel Apfelsaft

Kapitelübersicht

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Klärung |

2.5.2 Ausführung im Detail

2.5.2.1 Bentonit-Dosage

1 Liter Apfelsaft mit der geplanten Menge Bentonit versetzen, mischen und in 100 ml Standzylinder verteilen oder die Bentonit-Suspension einzeln in die Standzy-linder dosieren.

Dosage-Vorschlag:

ca. 50 g / hl bei Packpressen-Säften

ca. 100 g / hl bei Band- und Horizontalpressen-Säften.

Wir empfehlen das Arbeiten mit einer 10%igen Bentonit-Suspension

10 ml Bentonit-Suspension zu 1 I Saft = 100 g/hl.

1 ml Bentonit-Suspension zu 100 ml Saft = 100 g/hl

Durch Stülpen oder Rühren gut mischen. Nach einer Reaktionszeit von 5-10 Minuten die restlichen Schönungsmittel nacheinander dosieren

2.5.2.2 Gelatine-Dosage

Die optimale Gelatine Dosage wird durch gestaffelte Dosage einer 1 %igen Gelati-nelösung ermittelt.

1 ml Gelatinelösung (1 %) zu 100 ml Getränk = 10 g/hl

Wir empfehlen z. B. folgende Staffelung:

10 g/hl = 1,0 ml Gelatinelösung zu 100 ml Saft

15 g/hl = 1,5 ml Gelatinelösung zu 100 ml Saft

20 g/hl = 2,0 ml Gelatinelösung zu 100 ml Saft

25 g/hl = 2,5 ml Gelatinelösung zu 100 ml Saft

30 g/hl = 3,0 ml Gelatinelösung zu 100 ml Saft

35 g/hl = 3,5 ml Gelatinelösung zu 100 ml Saft

Die Proben mischen.

Bei Saft aus säure- und gerbstoffarmen Früchten, sowie bei der Heißschönung bei 50-55 °C BEVASIL 30 nachdosieren.

2.5.2.3 BEVASIL 30-Dosage

Wir empfehlen BEVASIL 30 je nach zu schönendem Getränk und je nach Schö-nungstechnik in einem bestimmten Verhältnis zur Gelatine zu dosieren:

Kaltschönung von Kernobstsäften gerbstoffreich: 1: 2 - 1:3

Kaltschönung von Kernobstsäften gerbstoffarm: 1: 4 - 1:5

Heißschönung von Kernobstsäften gerbstoffreich: 1: 4 - 1:6

Heißschönung von Kernobstsäften gerbstoffarm: 1: 5 - 1:10

Bewährt hat sich das Arbeiten mit einer BEVASIL 30-Verdünnung 1:10 mit entmi-neralisiertem Wasser.

1 ml BEVASIL 30-Verdünnung zu 100 ml Getränk = 100 ml/hl

Anschließend durch Stülpen der Standzylinder mischen und die Klärung und Sedi-mentation beobachten und beurteilen.

Kapitelübersicht

56 |

Klärung |

2.5.2.4 Ermittlung des Schönungsmitteloptimums

Über ein Faltenfilter abfiltrieren, Filtrat in zwei Teile teilen und zur Überprüfung auf Gelatine-Unterschönung den Gelatine-Test und zur Prüfung auf Gelatine-Überschö-nung den BEVASIL 30-Test durchführen.

Es sollte diejenige Schönungsmittelkombination zum praktischen Einsatz kom-men, bei der im Gelatine-Test keine oder nur schwache Trübung entsteht, mit

BEVASIL 30 aber keinesfalls eine Trübung erkennbar ist. Diese Schönungsmittel-kombination führt erfahrungsgemäß zu den besten Klär- und Filtrationsergebnissen, bei gleichzeitig hoher Stabilität gegenüber Nachtrübungen.

Als mitentscheidende Auswahlkriterien können dienen:

- Trubvolumen

- Farbe

- Schönungsmittelverbrauch

- Stabilität

Durchführung von Stabilitäts-Tests

Mit einem Teil des Filtrats sollte ein Stabilitäts-Test auf Hitze- und Kälteinstabilität durchgeführt werden.

2.5.3 Lösungen und Dosierungen

2.5.3.1 Bentonit-Suspension 10%

Herstellung: 10 g Bentonit in 50 ml entmineralisiertes Wasser einrühren und mehrere Stunden vorquellen. Mit entmineralisiertem Wasser auf 100 ml auffüllen.

Haltbarkeit: mehrere Monate

Dosage: 1 ml Suspension zu 100 ml Getränk = 100 g Bentonit/hl

Beachten: Bentonit-Suspension vor Gebrauch mischen!

2.5.3.2 Gelatinelösung 1 %

Herstellung: 1,0 g Gelatine in 20 ml kaltem, entmineralisiertem Wasser 15 min vor-quellen. Durch Erwärmen auf 50 °C auflösen und mit kaltem, entmineralisiertem Wasser auf 100 ml auffüllen.

Haltbarkeit: Lösung täglich frisch ansetzen.

Dosage: 1 ml Lösung zu 100 ml Getränk = 10 g Gelatine/hl

2.5.3.3 BEVASIL 30- Verdünnung 1:10

Herstellung: 10 ml BEVASIL 30 mit entmineralisiertem Wasser auf 100 ml auffüllen.

Haltbarkeit: mehrere Monate

Dosage: 1 ml Verdünnung zu 100 ml Getränk = 100 ml BEVASIL 30 / hl

Beachten: Vor Frost schützen!

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Klärung |

2.6 Testmethoden

2.6.1 Alkoholtest auf Pektin Stoffe

Ausführung:

5 ml Saft mit 5 ml 96 % igem Alkohol mischen. Von einer Ansäuerung des Alkohols - wie von vielen Enzymherstellern empfohlen - wird abgeraten, da dadurch die Schärfe des Tests reduziert wird.

Auswertung:

Im trübem Saft: Es darf keine Gelbildung oder Luftblaseneinschluss auftreten.

Im blanken Saft: Es darf keine Flockenbildung eintreten.

2.6.2 Jodtest auf Stärke

Ausführung:

5 ml Saft mit 0,5 - 1 ml n/100 (0,01n) Jodlösung überschichten

Auswertung:

An der Grenzschicht zwischen Saft und Jodlösung darf keine Verfärbung entstehen

(Dextrine können toleriert werden):

keine Verfärbung – stärkefrei

Rotfärbung – Dextrine (unvollständig abgebaute, niedermolekulare Stärke)

Violettfärbung – geringe Mengen höhermolekulare Stärke

Blaufärbung – große Mengen hochmolekulare Stärke

2.6.3 Hitze-/Kältetest auf Stabilität gegen Nachtrübungen

Ausführung:

- ca. 50 ml blank filtrierten Saft kurz aufkochen

- unter fließendem Wasser abkühlen

- einfrieren

- bei Zimmertemperatur auftauen

- visuelle Beurteilung der Klarheit oder

- Messung der Trübung vor und nach dem Stabilitätstest:

Der Trübungsanstieg sollte 1 NTU nicht übersteigen.

Der Trübungswert – nach dem Test – sollte 2 NTU nicht überschreiten.

Bemerkungen:

Nach unserer Erfahrung ist eine Kühllagerung nach der Erhitzung über 12-24 Stunden bei ca. 4-6 °C wesentlich aussagekräftiger für die Stabilität gegen Kältetrübungen als das Einfrieren. Allerdings erfordert dieses Verfahren einen längeren Zeitaufwand, der in der Praxis meist nicht realisierbar ist.

2.6.4 Gelatinetest auf Gelatineunterschönung

Ausführung:

In 5 ml blank filtrierten Saft 2-3 Tropfen 1%iger Gelatinelösung eintropfen.

Auswertung:

Eine entstehende Trübung zeigt noch vorhandene kondensierte Polyphenole, also ei-nen Gelatinebedarf an.

Im Test darf keine oder nur eine schwache Trübung entstehen.

Bei starker Eintrübung sollte die Gelatine-Dosage erhöht werden.

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Klärung |

2.6.5 BEVASIL 30-Test auf Gelatineüberschönung

Ausführung:

In 5 ml blank filtriertem Saft 2 – 3 Tropfen BEVASIL 30-Verdünnung (1:10) eintrop-fen.

Auswertung:

Nach dem Eintropfen der BEVASIL 30-Verdünnung in den Saft entstehen zunächst Schlieren, durch die Dichtunterschiede der Flüssigkeiten.Bei Vorhandensein von überschüssiger Gelatine trüben sich die Schlieren nebelartig ein. Dies kann am besten in einem dunklen Raum mit einer Taschenlampe beobachtet werden. Es darf auf keinen Fall eine Trübung erkennbar sein, denn überschüssige Gelatine führt mit Sicherheit zu Nachtrübungen in der abgefüllten Flasche!

Eine nachgewiesene Gelatineüberschönung kann durch Nachbehandlung des Saftes mit Bentonit oder BEVASIL 30 eliminiert werden.

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1. Kapitel Bentonit (Übersicht) Fruchtsaft-Guide (Broschüre) Panzym® AG XXL (Technisches Datenblatt) Panzym® BE XXL (Technisches Datenblatt) Panzym® F2 (Technisches Datenblatt) Panzym® First Yield (Technisches Datenblatt) Panzym® Flux (Technisches Datenblatt) Panzym® HT 300 (Technisches Datenblatt) Panzym® Pro Clear (Technisches Datenblatt) Panzym® Pro Color (Technisches Datenblatt) Panzym® Second Yield (Technisches Datenblatt) Panzym® XXL (Technisches Datenblatt) Panzym® YieldMash XXL (Technisches Datenblatt) SIHA PURANIT® (Technisches Datenblatt) www.eaton.de/filtration

2. Kapitel BEVASIL® 30 (Technisches Datenblatt) SIHA® Aktivbentonit G (Technisches Datenblatt) SIHA® Ca-Bentonit G (Technisches Datenblatt) SIHA® Gelatine feinkörnig (Technisches Datenblatt) SIHA PURANIT® (Technisches Datenblatt) SIHA PURANIT® UF (Technisches Datenblatt)

© 2014/2015, Rainer Junker, Eaton Technologies GmbH, Langenlonsheim, Deutschland

Nachdruck - auch auszugsweise - nur mit Quellenangabe gestattet.

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